Elektrische Heizbänder - OSTI.GOV

DIS-Projekt Nr. : 42 465DIS-Vertrags Nr.: 82 354

Programm Elektrizität Im Auftrag desBundesamtes für Energie

Schlussbericht April 2002

Elektrische HeizbänderAnwendungen, Energieverbrauch und

Sparmöglichkeiten

ausgearbeitet durchJürg Nipkow

ARENASchaffhauserstrasse 34

8006 ZürichUnd der Mitarbeit von

Stephan Lingenhele viva

4053 Basel

DIS-Projekt Nr. : 42 465DIS-Vertrags Nr.: 82 354

Programm Elektrizität Im Auftrag desBundesamtes für Energie

BFE-Programm "Elektrizität" Elektrische Heizbänder 30. 4. 02 / Br

Die Unterstützung dieses Projekts möchten wir folgenden Stellen herzlich verdanken:- Bundesamt für Energie (Begleitung Herr R. Brüniger)- ewz Elektrizitätswerk der Stadt Zürich, Stromsparfonds (Herr J. Ruosch)- AUE Amt für Umwelt und Energie Basel-Stadt (Herr R. Jegge)- SSIV Schweiz. Spenglermeister- und Installateur-Verband (Herren J. Tester, R. Bollier)- VSEI Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen (Herr E. Schwaninger)

Diese Arbeit ist im Auftrag des Bundesamtes für Energie entstanden. Für den Inhalt und die Schluss-folgerungen ist ausschliesslich der Autor dieses Berichts verantwortlich.

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Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung ........................................................................................................... iii

Résumé.............................................................................................................................. iv

Abstract (deutsch) ............................................................................................................ iv

Abstract (English) ..............................................................................................................v

1. Ausgangslage, Vorgehen ...........................................................................................11.1 Bedeutung 11.2 Projektpartner 11.3 Projektziele 11.4 Vorgehen 2

2. Technik der Heizbänder..............................................................................................22.1 Funktionsprinzip 22.2 Planung der richtigen Haltetemperatur 32.3 Steuerung 52.4 Heizband-Ausführungsformen 6

3. Anwendungsarten.......................................................................................................73.1 Übersicht/Gewichtung 73.2 Warmwasser-Begleitheizung 7

Thema Legionellen .................................................................................................................. 73.3 Frostschutz... 8

...für Leitungen......................................................................................................................... 8

...für Dachrinnen etc. ............................................................................................................... 9

...für Freiflächen....................................................................................................................... 93.4 Industrie 103.5 Raumheizung, Kleinanwendungen 10

4. Markt und Akteure.....................................................................................................104.1 Anbieter, Planer 104.2 Installateure 114.3 Know-how 124.4 Städte Basel und Zürich 12

Ergebnisse Stadt Basel.......................................................................................................... 12Ergebnisse Stadt Zürich......................................................................................................... 13

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4.5 Warmwasser-Warmhaltung: Heizbänder vs. Zirkulation 13Beurteilungsgrundlagen......................................................................................................... 13Angaben aus Interviews......................................................................................................... 14Eigene Erfahrungen zur Ausführung von Installationen ......................................................... 14

5. Einspar-Möglichkeiten und -Potenziale ..................................................................165.1 Grundsätze für die Energieeinsparung 16

I. Heizband-Einsatz vermeiden bzw. Alternativen einsetzen .............................................. 16II. System optimieren für minimale Verlustleistung ............................................................. 16III. Optimale Steuerung einsetzen .................................................................................... 16Beispiel Lebenszyklusbetrachtung Warmwassersystem........................................................ 17

5.2 Was ist zu tun bei bestehenden Anlagen? 175.3 Hochrechnung des Einspar-Potenzials 18

Warmwasser.......................................................................................................................... 18Frostschutz ............................................................................................................................ 19Industrie................................................................................................................................. 19

6. Umsetzungsmöglichkeiten.......................................................................................206.1 Massnahmen-Übersicht und Zielpublika 206.2 Vorschläge für Umsetzung bzw. Folgeprojekte 21

Fachartikel ............................................................................................................................. 21Merkblatt................................................................................................................................ 22Vorschriften ........................................................................................................................... 22Normen, Empfehlungen / Regeln der Baukunst..................................................................... 22Pilotprojekt Objekt-Dokumentation und -Messungen ............................................................. 22

6.3 Umsetzungshinweise Basel und Zürich 23

7. Quellenverzeichnis ...................................................................................................24

8. Anhang.......................................................................................................................258.1 Elektroheizung ............................................................................................................ 258.2 Detail-Daten Modellrechnungen "klein" und "mittel" .................................................... 26

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Zusammenfassung

Elektrische Heizbänder sind gewichtige Stromverbraucher: in der Schweiz wird ein jährlicher Ver-brauch von ca. 300 GWh vermutet. Dies ist die Verbrauchs-Grössenordnung aller Fernsehgeräte.Die bedeutendsten Anwendungen mit je ca. 1/3 des Verbrauchs sind Rohrbegleitheizungen vonWarmwasser-Verteilleitungen, Frostschutz für Leitungen und Dachrinnen sowie industrielle Rohr-begleitheizungen.Seit ca. 15 Jahren werden vor allem selbstregelnde Heizbänder eingesetzt, deren Kunststoff-Kerneinen elektrischen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten aufweist. So kann durch dieWahl des Heizband-Typs eine Halte-Temperatur in Abhängigkeit von Wärmedämmung (beiRohrleitungen) und Umgebungstemperatur erreicht werden. Um jedoch anwendungsgerecht denEnergieverbrauch zu minimieren, ist i.d.R. eine zusätzliche Steuerung (zeitlich, temperaturabhän-gig, evtl. Leistungsregelung) erforderlich. Diese Steuerungen fehlen oft bei bestehenden Anlagenund werden aus Kostengründen auch bei neuen nicht immer eingesetzt, obwohl eine Lebensdau-er-Wirtschaftlichkeitsrechnung klar dafür spricht. Weitere Einspar-Potenziale sind durch integraleSystembetrachtung (Frostschutz baulich gewährleisten) mit optimaler Wärmedämmung von Lei-tungen zu realisieren. Ob Warmwasserverteilsysteme besser mit Heizbändern oder Zirkulations-systemen warmzuhalten sind, konnte auch in diesem Projekt nicht klar beantwortet werden, aberdie aktuellen Grundlagen dazu wurden dokumentiert. Für die Summe aller Heizband-Anwendungen kann grob abgeschätzt werden, dass mit Sparmassnahmen – auch an bestehen-den Anlagen – der Elektrizitätsverbrauch trotz der Zunahme der Anlagenzahl etwa konstant ge-halten werden könnte.In den Städten Basel (Amt für Umwelt und Energie Basel Stadt AUE) und Zürich (städtischesElektrizitätswerk ewz) wurde durch Interviews mit den entsprechenden Fachleuten versucht, An-gaben zu Planung und Einsatz von Heizbändern in den städtischen Bauten zu erhalten. Allerdingswaren keine quantitativen Fakten erhältlich. In den zuständigen Ämtern werden Heizbänder vor-sichtig beurteilt, und es gibt in den Kantonen Basel und Zürich gesetzliche Beschränkungen desEinsatzes von Heizungen im Freien (Frostschutz). Die Untersuchung von Markt und Akteuren umfasste neben der Analyse von Anbieter-Dokumentationen Interviews mit Planern und Installateuren in Basel, Zürich, Chur und in Davosund St. Moritz (Höhenlage, Frostschutz).Die technischen und Markt-Untersuchungen zeigten, dass die Umsetzung von Massnahmen zumrationelleren Einsatz der Heizbänder auf verschiedenen Ebenen ansetzen muss:

� Architekten, Sanitär-/ Elektro-/ Haustechnikplaner, planende Installateure sollen durch Fach-artikel in Fach- bzw. Verbandszeitschriften für eine Systemoptimierung gewonnen werden.Ziel ist, den Heizband-Einsatz zu vermeiden bzw. den Elektrizitätsverbrauch durch richtigePlanung zu minimieren.

� Sanitär- und Elektroinstallateure sollen zusätzlich in der Aus- und Weiterbildung auf dieThematik sensibilisiert werden. Dafür soll ein Merkblatt geschaffen werden.

� Bauherrschaften und Betreiber von Gebäuden/Anlagen (Hauswarte, Verwalter) sollen durchFachartikel in ihren spezifischen Medien informiert werden.

Die Umsetzung, insbesondere die Publikation von Fachartikeln und die Verbreitung eines Merk-blattes, kann sich auf die Mitwirkung der Branchenverbände SSIV (Schweiz. Spenglermeister- undInstallateur-Verband) und VSEI (Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen) stützen.

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RésuméLes rubans chauffants sont d'importants consommateurs d'électricité. En Suisse, on estime que laconsommation annuelle se monte à près de 300 GWh, ce qui équivaut à celle de l'ensemble destéléviseurs. Les rubans chauffants sont principalement utilisés dans les secteurs suivants,représentant chacun 1/3 de la consommation: rubans chauffants pour la distribution de l'eauchaude sanitaire, protection contre le gel pour les conduites et les gouttières ainsi que rubanschauffants industriels.Depuis près de 15 ans, on utilise essentiellement des rubans chauffants auto-régulants dont lenoyau en matière synthétique présente une résistance électrique avec des coefficients detempérature négatifs. Selon le type de ruban choisi, il est possible d'obtenir une température demaintien en fonction de l'isolation thermique (pour les tuyauteries) et de la température ambiante.Or, pour réduire à un minimum la consommation d'énergie par une utilisation rationnelle, il estgénéralement nécessaire de disposer d'un système de commande supplémentaire (horaire,dépendant de la température et éventuellement régulation de la puissance). Ces commandes fontsouvent défaut sur les installations existantes et ne sont, pour des raisons de coûts, pas toujoursintégrées dans les nouvelles, bien qu'un calcul de rentabilité incluant la durée de vie parle souventen leur faveur. D'autres potentiels d'économie résident dans une conception intégrale du système(garantir une protection contre le gel au niveau de la construction déjà) avec une isolationthermique optimale des conduites. Ce projet n'a pas permis de répondre clairement à la questionde savoir si les systèmes de distribution d'eau chaude peuvent être maintenus plus aisément auchaud par des rubans chauffants ou plutôt par des systèmes de circulation. Les données actuellesrelatives à cette question ont toutefois été consignées. Une première estimation de la somme detoutes les applications de rubans chauffants révèle qu'avec des mesures d'économie - même surdes installations existantes - la consommation d'électricité pourrait être maintenue à un niveauconstant malgré l'augmentation du nombre des installations.Dans les villes de Bâle (Office de l'environnement et de l'énergie de Bâle-Ville) et de Zurich(Services industriels ewz), il a été tenté - en interviewant les spécialistes du domaine - d'obtenirdes données relatives à la planification et à l'utilisation de rubans chauffants dans les bâtimentspublics. Toutefois, il ne fut pas possible d'obtenir des informations chiffrées. Les servicescompétents évaluent les rubans chauffants avec prudence et les cantons de Bâle et de Zurichdisposent de règlements limitant l'utilisation de rubans chauffants à l'extérieur (protection contre legel).En plus d'une analyse de la documentation fournie par les fabricants, l'études du marché et desacteurs impliqués comprenait des interviews avec des concepteurs et des installateurs à Bâle,Zurich, Coire, Davos et St-Moritz (altitude, protection contre le gel).� Les études de marché et techniques ont montré qu'il y a lieu de mettre en œuvre les

mesures visant une utilisation plus rationnelle des rubans chauffants à différents niveaux:� Les architectes, les concepteurs électriciens et sanitaires, les concepteurs des installations

techniques, les installateurs doivent être informés par le biais d'articles spécialisés dans lesrevues professionnelles et publiées par les différentes associations, et incités à optimiser lessystèmes. Le but est d'éviter l'utilisation des rubans chauffants et/ou de réduire à unminimum la consommation électrique par une conception correcte des installations.

� Les installateurs électriciens et sanitaires doivent être davantage sensibilisés à cettethématique dans le cadre de la formation professionnelle et du perfectionnement.

Les maîtres d'ouvrage et les exploitants de bâtiments/installations (concierges, gérants) doiventêtre informés par des articles spécialisés dans leurs médias spécifiques.La mise en œuvre, en particulier la publication d'articles spécialisés et la diffusion d'une fichetechnique, bénéficie du soutien des associations de la branche ASMFA (Association Suisse desMaîtres Ferblantiers et Appareilleurs) et USIE (Union Suisse des Installateurs-Electriciens).

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Abstract (deutsch)

Elektrische Heizbänder beanspruchen rund 0.6% des Elektrizitätsverbrauchs der Schweiz, etwasoviel wie alle Fernsehgeräte. Die bedeutendsten Anwendungen mit je ca. 1/3 des Verbrauchssind Rohrbegleitheizungen von Warmwasser-Verteilleitungen, Frostschutz für Leitungen undDachrinnen, industrielle Rohrbegleitheizungen. Seit ca. 15 Jahren werden vor allem selbstregeln-de Heizbänder eingesetzt, welche je nach Typ eine definierte Halte-Temperatur gewährleisten.Um jedoch anwendungsgerecht den Energieverbrauch zu minimieren, ist meist eine zusätzlicheSteuerung (zeitlich, temperaturabhängig, evtl. Leistungsregelung) erforderlich. Ob Warmwasser-verteilsysteme besser mit Heizbändern oder Zirkulationssystemen warmzuhalten sind, ist auchnach den Projektergebnissen von verschiedenen Randbedingungen abhängig.Die technischen und Markt-Untersuchungen zeigten, dass die Umsetzung von Massnahmen zumrationelleren Einsatz der Heizbänder auf verschiedenen Ebenen ansetzen muss:

� Architekten, Sanitär-/ Elektro-/ Haustechnikplaner, planende Installateure sollen durch Fach-artikel in Fach- bzw. Verbandszeitschriften für eine Systemoptimierung gewonnen werden.Ziel ist, den Heizband-Einsatz zu vermeiden bzw. den Elektrizitätsverbrauch durch richtigePlanung zu minimieren.

� Sanitär- und Elektroinstallateure sollen zusätzlich in der Aus- und Weiterbildung auf dieThematik sensibilisiert werden. Dafür soll ein Merkblatt geschaffen werden.

� Bauherrschaften und Betreiber von Gebäuden/Anlagen (Hauswarte, Verwalter) sollen durchFachartikel in ihren spezifischen Medien informiert werden.

Abstract (English)

Heating cables require about 0.6% of Swiss electricity consumption, approximately as much as allTV-sets. Most important applications are domestic hot water distribution tubing, frost protection(tubing, gutters) and industrial tubing, each requiring about 1/3. For over 10 years, self-regulatingtechnology is standard for heating cables and offers pre-defined maintenance temperatures. Tominimize electricity consumption, in most applications additional control devices (timer, tempera-ture-/power control) are necessary. The study could not give a general answer to whether domes-tic hot water distribution systems should be heated by heating cables or circulation systems. Thebest solution depends oh the specific building circumstances.Conclusions of the technical and market analysis say that measures in different fields can transferthe saving potentials into practice:

� Architects and designers of sanitary and electrical installations should be informed by articlesin specialized magazines: the goal is either to avoid the use of heating cables or to minimizetheir electricity consumption.

� Training of plumbers and electricians should treat the efficient use of heating cables. An in-struction leaflet is to be created.

� Building owners and operators should be informed by their specialized magazines aboutproblems with heating cables.

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1. Ausgangslage, Vorgehen

1.1 BedeutungElektrische Heizbänder sind überraschend gewichtige Stromverbraucher, wie aus den Arbeiten fürdas Projekt "Machbarkeit Datenerhebung Elektrizität" (2000, [1]) hervorgegangen ist: Es wird eininstallierter Bestand von über 10'000 Kilometer mit einem jährlichen Stromverbrauch von ca. 300GWh vermutet. Dies ist die Verbrauchs-Grössenordnung aller Fernsehgeräte der Schweiz undentspricht ca. 0.6% des Landes-Elektrizitätsverbrauchs.Von besonderer Bedeutung ist, dass ein beträchtlicher Anteil dieser Heizbänder unzweckmässigoder gar nicht gesteuert ist oder dass gar nicht (mehr) bekannt ist dass sie installiert sind. Ausser-dem wird ein wesentlicher Anteil installiert, um bauliche Fehler oder architektonische "Eskapaden"Schnee-/Frost-tauglich zu machen. Somit bestehen offensichtlich grosse und wirtschaftlich zu rea-lisierende Strom-Einsparpotenziale. Neben Frostschutz- und Aussenheizungen (für welche z.T. kantonale Verbote bestehen) sindHeizbänder auch bei Rohrbegleitheizungen von Warmwasser-Verteilleitungen und anderen Lei-tungen sowie in der Industrie zu finden. Im Forschungsprojekt wurden in erster Linie Warmwasser-Rohrbegleitheizungen sowie Frostschutz-Heizbänder untersucht. Die sehr dispersen Anwendun-gen in der Industrie sowie Elektro-Raumheizungen (mit in Böden eingelegten Heizbändern) wur-den ausgeklammert.

1.2 ProjektpartnerDie Arbeiten stützten sich auf die Mitwirkung der Branchenverbände, welche am meisten mit elek-trischen Heizbändern zu tun haben:

� SSIV (Schweiz. Spenglermeister- und Installateur-Verband), Herr Jürg Tester.

� VSEI (Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen), Herr Erich Schwaninger.Weitere Projektpartner waren das städtische Elektrizitätswerk Zürich (ewz) und das Amt für Um-welt und Energie Basel Stadt (AUE). In beiden Städten sind die zuständigen Ämter interessiert anFakten zu Heizband-Installationen in ihrem Versorgungsgebiet und an konkreten Hinweisen zurVermeidung unnötigen Elektrizitätsverbrauchs durch derartige Installationen.

1.3 Projektziele� Marktangebot und Volumen nach Kategorien und Anwendungen abschätzen durch Informa-

tionsbeschaffung von Herstellern, Anbietern, Planern etc. Leider konnten sehr wenig quan-titative neue Daten gefunden werden.

� Bestimmung und Analyse der typischen Vorgehensweisen beim Einsatz von Heizbändern:Wer gibt den Anstoss, wer plant, bestellt, installiert, dokumentiert. Diese Analyse des Aktor-Netzes ergab wenig Konkretes bezüglich Frostschutz, hingegen konnten aus Interviewsweiterführende Hinweise zum Bereich Warmwasser erhalten werden (Kapitel 4).

� Auslegeordnung und Analyse der verwendeten Steuerungen, im Zusammenhang mit denjeweiligen Heizband-Typen (i.d.R. selbstregelnd bezüglich Temperatur). Betriebsdauer und -verhalten können damit analysiert werden. Die Technik inkl. Steuerungen konnte gut doku-mentiert werden (Kapitel 2 und 3).

� Übersicht über Ansätze zu Energieeinsparungen nach Vorgehens-Ebene (baulich / anlage-technisch, Produktewahl, Steuerung, bestehende Anlagen, ...). Die Grundsätze zu Einspar-massnahmen sind im Kapitel 5 zusammengestellt.

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� Vorschläge für die Umsetzung:Konkrete Hinweise, wie Elektro- und Sanitär-Planer und -Installateure, aber auch ArchitektenElektrizitätsverschwendung durch Heizbänder vermeiden können. Basierend auf den Grund-sätzen zu Massnahmen konnten auch Umsetzungs-Pfade angegeben werden (Kapitel 6).

1.4 Vorgehen1. Informationsphase: anbietende Firmen, Struktur des Handels, massgebende Planer ermit-

teln. Kontaktpersonen informieren und befragen. Die Ergebnisse der Marktuntersuchungsind unten nach dem Technikteil dokumentiert.

2. Analysephase:a) Technik: Charakteristika der verschiedenen Typen von Heizbändern, Methoden derSteuerung, Installationsarten, etc.b) Einsatz: typische Nachfragesituationen (weshalb ein Heizband?), Vorgehensweisen beimEinsatz.

3. Synthesephase: Ansatzpunkte für Energieeinsparung, dafür erforderliche Voraussetzungen,massgebliche Akteure, Abschätzung des Sparpotenzials.

4. Umsetzungs-Vorbereitung: Massnahmenkatalog, Umsetzungsmethoden und -mittel, Reali-sierungs- und Verbreitungsmöglichkeiten.

2. Technik der Heizbänder

2.1 Funktionsprinzip

Bild 1 Aufbau eines selbstregelnden Heizbandes(Quelle: Friap)

Elektrische Heizbänder enthalten einen Kern aus kohlen-stoffhaltigem Kunststoff zwischen zwei stromzuführendenLitzen. Dieser Kunststoff stellt einen elektrischen Wider-stand dar (Halbleiter), lässt beim Anlegen der Netzspan-nung einen Strom fliessen und setzt damit eine Heizleistungfrei.

Heute werden vorwiegend selbstregelnde Heizbänder ein-gesetzt, deren Heizleistung temperaturabhängig variiert unddie nach so genannten Haltetemperaturen typisiert sind. DieLeistungsvariation wird durch das Widerstandsmaterial er-reicht: die im Kunststoff-Polymer eingelagerten leitendenKohlenstoffteile (Leitbrücken) verändern durch die tempe-raturabhängige Ausdehnung den elektrischen Widerstand.Die deklarierte Haltetemperatur stellt sich bei typischer bzw.empfohlener Isolierung ein. Aus der Temperatur-Leistungs-Charakteristik (Bild 2) kann die Abhän-gigkeit der resultierenden Temperatur vom Wärmewiderstand der Umgebung bzw. anders be-wirkter Temperaturerhöhung (z.B. Warmwasserdurchfluss) abgeleitet werden. Es ist also keines-wegs selbstverständlich, dass in der realen Anwendung die resultierende Temperatur der Typen-Haltetemperatur entspricht!

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Bild 2 Temperatur-Leistungs-Charakteristik von Heizbändern für Warmwasser(Quelle: Spectratec AG)

Der Halbleiterkern ist bei allen Typen für 230 V ACausgelegt; Leistungssteller können die mittlereHeizleistung bzw. resultierende Temperatur durchTakten der Spannungsversorgung vermindern (In-tervalle von mehreren Minuten, Relais- oder Impul-spaketsteuerungen).Je nach Anwendung weisen die HeizbänderSchutzschichten auf (wasserdicht, elektrisch, Me-tallgeflecht für Schutzklasse 1, mechanisch). DerEinsatz von Bändern der Schutzklasse 2 (ohneMetallgeflecht-Schutzleiter) ist für grössere Anla-gen nicht unumstritten, weil unter ungünstigen Um-ständen (Verletzung, Feuchtezutritt) eine Überhit-zung und sogar ein Lichtbogen nicht ausgeschlos-sen sind, d.h. ein Brandrisiko besteht. Bei Schutz-klasse 1 verringert ein FI-Schutzschalter dasBrandrisiko stark. Allerdings ist die Erstellung vonAnschlüssen und Verbindungen für Heizbänder derSchutzklasse 1 anspruchsvoller, weil die äussereSchutzschicht abgeschält und das Metallgeflechtumgeschlagen werden muss (Bild 3).

Bild 3 Heizband mit Metallgeflecht

2.2 Planung der richtigen HaltetemperaturDie Bezeichnung "selbstregelnd" und die vereinfachende Sprache des Marketings lassen die Ge-währleistung der gewünschten Haltetemperatur sehr einfach erscheinen (richtiger Band-Typ,Wärmedämmung nach geltenden Vorschriften). Soll die Haltetemperatur und damit auch derElektrizitätsverbrauch genauer bestimmt werden, so muss sie aus der exakten Leistungscharakte-ristik des Bandes und der Wärmeverlustfunktion der Leitung ermittelt werden. Zur Zeit gibt nur einAnbieter in den Planungsunterlagen quantitative Leistungscharakteristiken an (Bild 2).

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Eine korrekte Ermittlung der resultierenden Haltetemperatur eines Leitungsteils kann gemäss Bild4 grafisch geschehen, wenn die Leistungscharakteristik bekannt ist (!). Gezeigt ist als Beispiel einHeizband für Warmwasser, Typ "kleine Leistung". Die möglichen Abweichungen bei variierendenBestimmungsgrössen sind eingezeichnet. Wie diese Auswertung typischer Situationen zeigt, kön-nen sich beträchtliche Abweichungen von den "Normal-Planungswerten" ergeben.

Heizband-Charakteristiken

0

5

10

15

20

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65Temp

W/m

HB W/mHB W/m + 5%HB W/m - 5%0.20 W/mK / 15°C0.15 W/mK / 15°C0.20 W/mK / 20°C0.15 W/mK / 20°C

a

b

c d

a Heizband Toleranz +5%, Umgebungstemperatur 15°C, mässige Isolierung 0.2 W/mK:6.8 W/m

b Heizband Toleranz -5%, Umgebungstemperatur 20°C, gute Isolierung 0.15 W/mK:4.9 W/m (= - 28 %)

c Heizband Toleranz -5%, Umgebungstemperatur 15°C, mässige Isolierung 0.2 W/mK:47.7°C

d Heizband Toleranz +5%, Umgebungstemperatur 20°C, gute Isolierung 0.15 W/mK:58.8°C (= + 11°C)

Bild 4 Spielraum der Haltetemperatur eines Heizbandes

Aus energetischer Sicht noch viel gravierender sind die Verschwendungsmöglichkeiten bei Frost-schutzinstallationen. Dies sei wiederum mit einer Leistungscharakteristik erläutert (Bild 5), welchegleichzeitig offenbart, dass qualitativ kein Unterschied zwischen selbstregelnden Heizbänder fürWarmwasser-Warmhaltung und Frostschutz besteht. Offensichtlich sind die Charakteristiken(Temperaturbereich) durch das Widerstandsmaterial gegeben, wobei sich das Niveau der spezifi-schen Leistung (W/m) variieren lässt. Eine proportionale Absenkung lässt sich übrigens auchdurch Spannungsreduktion erreichen (vgl. unten Steuerung / Leistungssteller).Aus Bild 5 wird klar, dass ein Frostschutz-Heizband keinesfalls ohne zusätzliche Steuerung instal-liert werden darf: im Extremfall (Umgebungstemperatur > 20°C) wird der Rohrinhalt bis über 55°Cerwärmt, bei entsprechendem Elektrizitätsverbrauch. Eine "ideale" Leistungscharakteristik gemässBild 5 scheint nicht machbar bzw. ist nicht erhältlich. Daher ist unbedingt eine Abschaltung beiUmgebungstemperaturen (noch besser: Rohrtemperaturen) über 0°C erforderlich. Mit einem Spe

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zial-Steuergerät (vgl. Kapitel 5.1, III Optimale Steuerung) ist sogar eine gute Annäherung deridealen Leistungscharakteristik möglich.

Heizbänder Frostschutz / WW

0

10

20

30

40

-5 5 15 25 35 45 55 65

Temp °C

W/m

HWAT-R10BTV2HWAT-L3BTV2

0°C

Ideale Frostschutz-Charakteristik

Bsp. Verlustkennlinie

Bild 5 Charakteristik von Frostschutz-Heizbändern (10BTV2, 3BTV2)Zum Vergleich: HWAT-R und -L sind Warmwasser-Heizbänder

2.3 SteuerungHeizbandsysteme können in einfachsten Fällen – dank Selbstregelung – ohne weitere Steuerungeingesetzt werden. Soll jedoch der Elektrizitätsverbrauch und/oder die resultierende Temperaturoptimiert werden, so kann dies mit folgenden Steuerungselementen erreicht werden:

� Schaltuhr bzw. zeitliche Steuerung (programmierte Nichtbetriebszeiten)

� Thermostate bzw. Temperaturfühler (vor allem bei Frostschutz-Anwendungen)

� Leistungssteller zur bedarfsgerechten Anpassung der Selbstregel-Charakteristik. Wegender Wärmeträgheit der Rohrsysteme können die Leistungssteller mit Intervallen von mehre-ren Minuten arbeiten und somit Netzrückwirkungen weitgehend vermeiden (im Gegensatzzu Phasenan-/abschnittsteuerungen von Lampen). Das Ergebnis einer Leistungsreduktion(effektiv Reduktion der mittleren Speisespannung) ist eine annähernd proportionale Absen-kung der Leistungscharakteristik (Bild 4, wie "– 5%", aber je nach Arbeitspunkt stärkere Ab-senkung).

� Mikroprozessor-gesteuerte "intelligente Regler" kombinieren die vorstehenden Möglichkei-ten mit zusätzlichen Informationen, welche aus Rohr-Anlagefühlern oder direkt aus demvom Heizband bezogenen Strom (temperaturabhängig, wobei auch Wärme aus fliessendemWasser berücksichtigt wird) gewonnen werden. Damit können ausgeklügelte Optimierungenund u.U. Einsparungen bis über 50% realisiert werden.

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2.4 Heizband-AusführungsformenNeben der seit ca. 15 Jahren gängigen Selbstregelung sind z.Zt. vor allem folgende Unterschiededer Bauarten in Diskussion und Kosten- und Qualitäts-wirksam:

� Konfektionierung der Anschlüsse und Verbindungen (z.T. werkzeuglose Montage),vgl. Bild 6. Z.T. werden die Verbindungen auf Sockel montiert. Dazu folgende Anmerkungen:- Montage von Verbindungsarmaturen direkt auf 45...65°C warme Rohre ist einerseits für

Isolierung bzw. Wärmeverlust ungünstig, andrerseits könnte die Stabilität der Kunststoff-teile langfristig kritisch sein (geklemmt Litzen-Verbindungen, 230 V).

- Montage auf Sockel oder Bügel vermeidet obige Probleme weitgehend. Wegen derWärmeableitung sollten die Bügel aus Kunststoff, jedenfalls nicht aus Aluminium sein.

� Schutzmäntel (elektrische Abschirmung/Schutzleiter, mechanisch, Feuchteschutz, chemischz.B. ölfeste Ausführung für Öltanks und -leitungen)

Bild 6 Verbindungsarmaturen und Montagehinweise von Heizbändern (Katalogbilder)

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3. Anwendungsarten

3.1 Übersicht/GewichtungDie Bestandes- und Verbrauchs-Schätzungen von Tabelle 1 wurden im Rahmen der Machbar-keitsstudie Datenerhebung Elektrizität [1] erstellt und umfasst die 3 Hauptanwendungskategorien.In der Kategorie Frostschutz sind die Anwendungen "Leitungen", "Dachrinnen" und "Freiflächen"zu unterscheiden, wobei u.U. die gleichen Heizband-Typen Verwendung finden. Gerade deshalbist leider eine quantitative Unterteilung nicht möglich. In der Tabelle nicht enthalten sind die An-wendung "Raumheizung" sowie Kleinanwendungen wie Handtuchhalter etc.

Kategorie/Unterkategorie

Datenquelle(n) Bestand1000 m

Jährlicher Zu-gang* 1000 m

StromverbrauchGWh/a

Warmwasser Spectratec 2'800 200 70 ** (� 100)

Frostschutz etc. Spectratec 5'800 200 100

Industrie Spectratec 2000 70 100

Heizbänder Total > 10'000 470 270 (� 300)

* Verkauf, also nicht korrigiert mit Ersatz/Ausserbetriebnahme** In der Studie [1] dürfte der Elektrizitätsverbrauch "Warmwasser" – nach den Ergebnissen des

Forschungsprojekts – unterschätzt sein, indem eine zu tiefe jährliche Vollaststundenzahl ange-nommen wurde. Der Wert von 100 GWh/a scheint realistischer. Hingegen dürfte bei neuen,energetisch guten Installationen der spezifische Wert von 25 kWh/m*a etwa zutreffen.

Tab. 1 Abschätzung des Elektrizitätsverbrauchs von Heizbändern für 1999 [1]

3.2 Warmwasser-BegleitheizungDiese Anwendung weist eine dynamische Entwicklung auf, u.a. weil neuere Untersuchungennachgewiesen haben, dass der Energieverbrauch eher kleiner ist als mit Zirkulationsleitungen [2].Die Vorteile liegen auf der Hand: keine (Zirkulations-) Rückleitung zu installieren, kein hydrauli-scher Abgleich, keine Temperaturprobleme, Warmhaltung bis zum letzten Dezimeter. Die Erstel-lungskosten liegen ähnlich bis etwas tiefer als mit Zirkulationsleitungen. Als Nachteil ist aus ener-getisch-ökologischer Sicht zu nennen, dass als Warmhalte-Energie nur Elektrizität möglich ist unddies später nicht mit verhältnismässigem Aufwand zu ändern ist. Vor allem stört dies bei Anlagen,welche erneuerbare Energiequellen oder Abwärme nutzen. Zur Systemwahl vgl. auch Kapitel 4.5"Warmwasser-Warmhaltung..."Die Auslegungsproblematik ist in Kapitel 2.2 erläutert.

Thema LegionellenSeit einigen Jahren wird im Zusammenhang mit Warmwassersystemen immer wieder die Proble-matik der Legionellen bzw. der Massnahme gegen deren Vermehrung diskutiert. Auch bei der Be-stimmung eines Warmwasserverteilsystems kann die Legionellenfrage eine Rolle spielen; aller-dings stellt sich die primäre Frage immer gleich: welche Temperatur und mit welchem zeitlichenRegime ist notwendig? Die Grundlagen hierzu finden sich im SVGW-Merkblatt [3], welches auf derausführlicheren BAG-Broschüre [4] basiert.

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SVGW-Empfehlungen:Für Gebäude der Risikogruppe "gering" (normaler Wohnungsbau, Schulen ohne Duschen, Ver-waltungs-/Geschäftsgebäude) werden die folgenden Massnahmen angegeben:

� Temperaturhaltung an Verteil- und Steigleitungen mindestens 50°C (wobei in der Massnah-menbeschreibung erwähnt wird, Zirkulationspumpen und Heizbänder "sollen im Dauerbe-trieb laufen").

� Empfehlung, das Speicher-Nutzvolumen 1x täglich während mindestens 1 Stunde auf 60°Czu erwärmen.

� Kaltwasser-Temperatur max. 20°CFür Gebäude der Risikogruppe "mittel" (Spitäler, Alters-/Pflegeheime, Hotels, ..., Wohnüberbau-ungen mit zentraler Wassererwärmung) wird verschärfend die tägliche Speicher-Erwärmung auf60°C als "Muss" erklärt.Das SVGW-Merkblatt geht nicht auf die Energieeffizienz ein, welche ja für tiefere Temperaturenspricht. In der BAG-Broschüre wird das Anliegen thematisiert (4.1a) und in den Empfehlungen(Anhang 4) gesagt, dass für Anlagen geringen Risikos "die Temperaturvorschriften weniger strengsein können".Ergänzend sei die Meinung eines Schweizer Legionellen-Experten zusammenfassend wiederge-geben: Temperaturen unter 60° könnten nicht als "legionellensicher" gelten, da zunehmend resi-stente Stämme beobachtet werden. Somit sei auch eine kurze tägliche Erwärmung auf 60°C we-nig wirksam.

Was ist daraus für Heizband-Anlagen abzuleiten?

� Besonders gute und stabile Wärmedämmung der Leitungen erfüllt gleich zwei Forderungen:geringe Erwärmung von Kaltwasserleitungen sowie Haltetemperaturen über 50°C (auch mitTyp 45° oder L bei besserer Wärmedämmung, vgl. Kapitel 2, Technik).

� Dank fehlender Rückleitungen wird der Speicher weniger abgekühlt, d.h. eine konstanteTemperatur von z.B. 60°C ist leichter zu halten. Ausserdem können keine Legionellen ausdem Verteilsystem in den Speicher zurückgespült werden.

3.3 Frostschutz......für LeitungenDie Installation erfolgt wie bei Warmwasserleitungen (früher wurde auch ohne Leitungsisolierunginstalliert!). Meist geht es um Leitungsteile in ungeheizten Räumen (Garage, Bau-Lücken, Estrichetc.), wobei sowohl Trinkwasser- wie Löschwasser- und auch Abwasserleitungen geschützt wer-den müssen. Die tatsächlich erforderliche Einschaltdauer wäre oft sehr klein. Vor allem ältere bzw. einfacheSteuerungen führen jedoch oft zu grosser Verschwendung. Beispiele:Thermostaten mit grosser Schaltdifferenz und ungenauen Schalttemperaturen: angesichts derGefahrenstunden mit Frosttemperaturen (Bild 7: Summenhäufigkeitslinie der Aussentemperatu-ren) macht es sehr viel aus, ob der Thermostat bei +1/+2°C oder +2/+5°C schaltet.

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Bild 7 Summenhäufigkeitslinie der Tagesmitteltemperaturen und Einschaltstunden

Ausserdem wird ein zwar selbstregelndes, aber nicht weiter gesteuertes Heizband mit viel zu gro-sser Leistung heizen, wenn die Umgebungstemperatur nahe bei der Einschalttemperatur liegt.(vgl. Bild 5). Mit einer temperaturabhängigen Leistungssteuerung sind Energiesparungen bis weitüber 50% möglich.

...für Dachrinnen etc.Grundsätzlich sollten Dächer und Spenglerarbeiten so gestaltet werden, dass keine Schäden oderGefährdung durch Frost entstehen. Bei besonderen Dachformen (z.B. V-förmig) und/oder extre-men Klimazonen und Sicherheitsansprüchen können Lösungen mit Rinnenheizungen nötig sein.Bei dieser Anwendung gilt noch mehr als bei Rohr-Frostschutz, dass mit guter Steuerung die Ein-schaltdauer minimiert werden kann: Heizleistung ist nur erforderlich, wenn bei FrosttemperaturenWasser (flüssig) auftritt, etwa durch Sonneneinstrahlung oder Schmelze wegen Abwärme. Somitsollten nebst genauen Thermostaten bzw. Temperaturfühlern auch gute Feuchtefühler – eigentlichWasser-Fühler – eingesetzt werden, welche nicht schon bei Feuchte, sondern erst bei fliessen-dem Wasser ansprechen (Funktionsprinzip: beheizter Fühler, z.B. ein Stück Heizband, dessenAbkühlung durch Null-Grad-Wasser erkannt wird). Allerdings ist die Fühlerplatzierung kritisch, dadie Funktion nicht erbracht wird, wenn der Fühler trocken bleibt. Eine einfachere Möglichkeit bietetein zweiter Thermostat bzw. Schaltpunkt, der bei z.B. –3 bis –2°C das Heizband wieder ausschal-tet, da dann kein flüssiges Wasser mehr auftritt (vgl. Bild 7, ausgeschaltet unter –2°C: 600 h). Inkalten Klimata resultieren selbstverständlich mehr "Ausschaltstunden".

...für FreiflächenDer Hauptzweck dieser Anwendungen ist die Vermeidung von Eisbildung auf Flächen, wo diesnicht mechanisch oder mit Salz erfolgen kann. Ein Einsatz der Heizung zur Schneeräumung be

Summenhäufigkeit Tagesmitteltemperaturen Zürich

Jan.

Feb

Mrz A

pr

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n Jul

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-10

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Stunden

-15

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0

5

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20

25

Monatsmittel Zürich SMA

°C °C

"Einschaltstunden" unter +1, +2, +5°C: 1450, 1760, 2900

ausgeschaltet unter - 2°C: 600 h

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deutet extreme Energieverschwendung (ausser mit nicht anders verwendbarer Abwärme). Inmanchen Kantonen ist elektrische Freiflächenheizung verboten.

3.4 IndustrieIm Industriebereich gibt es zahlreiche Anwendungen von Heizbändern, z.B. Schweröl flüssig hal-ten, Rohrstrecken in chemischen Prozessen. Die Anforderungen werden prozess-spezifisch fest-gelegt. Vertrieb und Installation laufen i.d.R. nicht über die Haustechnikbranche. Wegen der ho-hen Priorität der Zuverlässigkeit und der meist sehr kurzen geforderten Rückzahlfristen von Spar-massnahmen wird hier nicht näher auf Massnahmen eingegangen. Mit den Grundprinzipien deroptimalen Wärmedämmung und der bedarfsabhängigen Steuerung kann auch hier ein optimalerEnergieeinsatz erreicht werden.

3.5 Raumheizung, KleinanwendungenElektrische Heizbänder und -Matten für Fussbodenheizung werden nur noch selten eingesetzt. Beifester Installation ist in vielen Kantonen eine Bewilligung erforderlich oder sie sind gar verboten(BS: Raumheizung). Deshalb wird hier nicht näher darauf eingegangen. Allerdings könnte dieseAnwendung bei Passivhäusern für die Mankodeckung während weniger Stunden pro Jahr attraktivsein. Die Entwicklung ist zu beobachten, in der Werbung bzw. sogar redaktionellen Artikeln vonFachmedien (Anhang 8.1) wird (wieder) unbeschwert für Elektro-Widerstandsheizung eingetreten.

Unter Kleinanwendungen zählen wir z.B. Fussmatten für kalten Arbeitsplätze, RahmenheizungenTiefkühlanlagen, Handtuchhalter, Schuhtrockner. Wegen untergeordneter Bedeutung wird hiernicht darauf eingegangen.

4. Markt und Akteure

4.1 Anbieter, PlanerHeizbänder werden von zwei Gruppen von Unternehmen angeboten, welche sich an entsprechen-de Besteller-Gruppen wenden:

� System- und Komponentenanbieter der Sanitär-/Heizungsbranche (z.B. Tobler, Domotec,Friap)Besteller sind hier ausführende Installationsbetriebe (Sanitär, Spengler)

� Industriebedarf-Anbieter (meist auf spezifische Bereiche, z.B. Verfahrenstechnik, speziali-sierte Firmen). Diese Firmen führen die Installationen z.T. auch selber aus oder die Ausfüh-rung erfolgt durch industrie-eigene Monteure.

Die Heizband-Anbieter beziehen Material und Dokumentationen von den Herstellern. Diese sind,für die 3 in der Schweiz hauptsächlich angebotenen Heizbänder:- Heizbänder Raychem/Tyco: Tyco Flow Control, USA / Offenbach am Main D- Heizbänder Bartec/Friap: Bacab, Ste Croix VD (Bartec Lizenz, D):- Heizbänder Domotec: unklar, lt. Insider-Auskunft verschiedene, wechselnd

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Daneben gibt es noch Firmen, welche als Industrievertretungen Tätigkeiten im Bereich von Mar-keting, Kundenpflege, Dokumentation bis zu Engineering, Systementwicklung und Forschungwahrnehmen (z.B. Spectratec, Baar ZG, als Vertreter von Raychem/Tyco-Produkten).Schliesslich sind bei grösseren Anlagen i.d.R. Planungsbüros bzw. Ingenieurbüros an der Sy-stemwahl und -Auslegung beteiligt und haben dafür die nötigen Informationen und das Know-how.

4.2 InstallateureIn den hier vor allem betrachteten Haustechnik-Anwendungsbereichen Warmwasser und Frost-schutz (Leitungen / Dachrinnen) ergeben sich folgende Situationen beim Einsatz von Heizbänder:

Warmwasser und Frostschutz von LeitungenBei grösseren Anlagen wird die Auslegung von einem Planer bearbeitet, so dass für die Installati-on klare Vorgaben vorliegen sollten. Kleinanlagen werden meist ohne externe Planung erstellt(selber planende Installateure); mit den Anbieterunterlagen ist dies gut möglich. Die Arbeiten wer-den i.d.R. wie folgt ausgeführt:- Montieren der Heizbänder nach erfolgter Leitungsinstallation durch den Sanitärmonteur

(Frostschutz auch durch Elektriker, wenn keine Isolierung erfolgt)- Elektroanschluss mit vormontiertem Anschlussteil an Steckdose durch Sanitär. Wenn keine

solchen vorhanden bzw. in grösseren Anlagen mit Steuergeräten muss der Elektriker denNetzanschluss erstellen (Kostenfaktor!).

- Isolieren der Leitungen durch IsoleurDurch die Aufteilung der Montagearbeiten auf mehrere Monteure und sogar Firmen ergibt sich ei-ne höhere Wahrscheinlichkeit für Unzulänglichkeiten und Fehler, wenn keine Zwischenkontrollez.B. durch den Planer erfolgt. Ist die Anlage einmal isoliert, sind manche Fehler nicht mehr er-kennbar.

Frostschutz (Dachrinnen)Aus Befragungen von Elektroplanern und -Installateuren in Chur, Davos und St. Moritz lässt sichzusammenfassen:Den Anstoss zur Installation gibt meist der Architekt, gelegentlich auch die Bauherrschaft oder derElektroplaner. Ein Elektroplaner gibt an, manchmal "Sanierungen" mit Heizbändern wegen Schä-den oder Stauungen vorzunehmen. Mehrere Befragte erwähnen, dass früher häufiger Heizbänderverlangt bzw. installiert wurden.Als Kriterien für den Einsatz von Dachrinnenheizungen werden angegeben:- wo oft Schnee/Eis auftaut und gefriert und Abfluss evtl. behindert- und/oder Gefährdung durch herabfallende Eisstücke besteht.Installation und ggf. Planung erfolgen durch Elektriker/Elektroplaner. Steuerungen mit energiesparenden Funktionen sind meist bekannt bzw. werden eingesetzt. Aller-dings sollten solche auch aktiv angeboten werden! Sonst wird halt die einfachste Lösung realisiert.Der Begriff "selbstregelnd" hat z.T. einen grossen Stellenwert: erst auf Nachfrage wurde auf dieNotwendigkeit einer temperaturabhängigen Schaltung eingegangen!

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4.3 Know-howDas Know-how über Heizbandsysteme ist, gemäss den obenstehenden Ausführungen zu Anbie-tern, Planern, Installateuren etwa wie folgt verteilt. Je nach Stufe gilt das Know-how für das eigeneSystem oder für alle angebotenen. Umsetzungsmassnahmen im Aus- und Weiterbildungsbereichmüssen sich an die entsprechenden Fachleute wenden.

Know-how zu... ist zu finden bei…- Systementwicklung, Grundlagen Hersteller

- Fundierte und umfassende Kenntnisse Vertretungen, grosse Anbieter

- Systemauslegung und Integration in Haustechnik Planungsbüros, grosse Anbieter

- Ausführung Installationsfirmen, Planungsbüros

Tab. 2 Know-how zu finden bei...

4.4 Städte Basel und Zürich

Die Recherche in den zuständigen Abteilungen (Haustechnik, Betreuung eigener Liegenschaften)der Städte Basel und Zürich ergab wenig weiterführende Informationen. Zusammenfassend lässtsich für beide Städte festhalten (Details siehe unten):Heizbänder sind als Technik bekannt, werden aber nicht aktiv gefördert oder verhindert, ausser woVorschriften bestehen (z.B. werden Aussenheizungen in den Kantonen ZH und BS nur mit stren-gem Bedarfsnachweis bewilligt). In beiden Städte ist nicht bekannt, wie viele Heizbänder bzw. -Installationen in eigenen Bauten bestehen oder jährlich installiert werden. Tendenziell ist eher Zu-rückhaltung gegenüber der Heizband-Technik zu registrieren.

Ergebnisse Stadt Basel In Basel konnten von folgenden befragten Personen Hinweise erhalten werden:- Karl Völlmin, Hochbau- und Planungsamt HPA, Leiter Abt. Haustechnik- Christian Mathis, Energiefachstelle, AUE- Herr Trachsel, IWB Wassernetz, Betrieb und Unterhalt (keine Heizbänder)- Herr Gysin. IWB Elektro-Installationskontrolle (u.a. Hinweis auf schlecht anpassbare Regelcha-

rakteristik der Heizbänder bzw. Steuergeräte)

Heizungen im Freien sind in der Verordnung zum Energiegesetz Basel-Stadt (772.110, § 15) wiefolgt geregelt:- Installation und wesentliche Änderungen bewilligungspflichtig (AUE)- Bewilligung wird erteilt wenn wegen Sicherheit/Schutz erforderlich und bauliche oder betriebli-

che Massnahmen nicht möglich bzw. unverhältnismässig, und mit temperaturabhängige Rege-lung ausgerüstet

- Ausnahmen: Weichenheizung ÖV, Heizung mit nicht anders nutzbarer Abwärme

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Ortsfesten Elektroraumheizungen sind gemäss § 14 der Verordnung für Räume, in denen ge-wöhnlich zum dauernden Aufenthalt von Menschen geeignete Temperaturen herrschen müssen,verboten (Ausnahme als Ergänzungsheizungen bis zu 2 kW, d.h. "Heizöfeli").Zu anderen Anwendungen gibt es keine Vorschriften.Zum Vorhandensein oder Einsatzpraxis von Heizbänder konnten keine Informationen gefundenwerden.

Ergebnisse Stadt Zürich In Zürich konnten spezifische Hinweise erhalten werden von:- Walter Rimensberger, Amt für Hochbauten AHB- Heinz Villa, AWEL, Energiefachstelle Kanton Zürich

Im Energiegesetz des Kantons Zürich findet sich eine allgemeine Einschränkung von Heizungenim Freien (730.1, § 12):

....Freiluftbäder und Heizungen im Freien sind mit erneuerbaren Energien oder nicht anders nutzba-rer Abwärme zu betreiben.Abweichungen sind möglich für Aussensitzplätze sowie bei Heizungen im Freien, wenn Gefahrennicht anders abwendbar sind.Der letzte Passus (wenn Gefahren...) dürfte wohl auch für Frostschutzheizungen anwendbar sein. In der Besonderen Bauverordnung I (BBV I), welche zahlreiche Bestimmungen des Energiegeset-zes regelt, fand sich auch ein Bestimmung, dass Zirkulationspumpen (und analog Heizbänder)von Brauchwasserversorgungen abschaltbar sein müssen (§ 26, Abs. 3). Dieser ist per 1. März2002 ersatzlos gestrichen worden, weil in dieser Form wenig sinnvoll.Zum Vorhandensein oder Einsatzpraxis von Heizbänder konnten keine Informationen gefundenwerden. Herr Rimensberger vermutet, dass aufgrund der bisher gepflegten "Effizienz-Philosophie"bei der Gebäudeausrüstung kaum Heizbänder in städtischen Gebäuden installiert wurden.Seit 1997 ist Haustechnik nur noch eine Gruppe im Amt für Hochbauten, Bereich B, Leiter ist W.Rimensberger. Diese Gruppe (bzw. das Amt) macht keine Planung, im Gegenteil tritt sie zurückwenn der Planer bestimmt ist. In der Vorphase kann sie jedoch Hinweise, evtl. Vorgaben zur Hau-stechnik machen; Richtlinien dazu sind in Arbeit. Aufgrund der vorliegenden Arbeit könnten darinkonkrete Vorgaben für Heizband-Installationen gemacht werden (vgl. Kapitel 5).

4.5 Warmwasser-Warmhaltung: Heizbänder vs. ZirkulationBeurteilungsgrundlagenBetrachtet man den Material- sowie den Montageaufwand, so müssten Heizbänder günstigere Er-stellungskosten aufweisen als Zirkulationssysteme, insbesondere Heizbänder mit einfach montier-baren Verbindungssystemen. Damit wäre in erster Näherung auch die Graue Energie bzw. derökologische Aufwand günstiger. Bei Energie verbrauchenden Systemen überwiegt jedoch i.d.R.der Betriebsenergie-Aufwand gegenüber der Grauen Energie stark. Die Wärmeverluste der Warmwasserverteilung sind mit Heizbändern – bei gleichem Wärme-dämm-Standard – kleiner als mit Zirkulationssystemen, weil die massgebende Oberfläche dankwegfallender Rückleitung kleiner ist. Allerdings ist damit die energetische Beurteilung noch nicht

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möglich, weil Heizbänder Elektrizität benötigen, also hochwertige und teure (Hochtarif!) Energie.Zirkulationssysteme können dagegen mit kostengünstigeren, u.U. sogar erneuerbaren Energieträ-gern versorgt werden.Im konkreten Fall hängt nun der Elektrizitätsverbrauch der Heizbänder nicht nur von der Anlagen-konfiguration ab (Rohrnetz, Wärmedämmung), sondern auch vom Zapfverhalten der Benutzenden(vgl. [2]) und von der Auslegung und Steuerung der Heizbänder. Zwei Beispiele als Extremfälle,jeweils mit nicht-elektrischer Wassererwärmung:a) Sehr seltene Zapfungen (EFH, 1 Person), Heizband durchgehend eingeschaltet, hohe Halte-

temperatur (z.B. effektiv 60°C)� fast die gesamten Wärmeverluste des Verteilsystems werden elektrisch gedeckt.

b) Mehrfamilienhaus, Zapfungen über den ganzen Tag verteilt, Heizband zu Hauptnutzungszei-ten ausgeschaltet, Haltetemperatur tiefer als Speichertemperatur� der Grossteil der Wärmeverluste wird aus dem Speicher gedeckt.

Im Fall b) dürften auch aus ökologischer Sicht die Vorteile des Heizbands überwiegen, da nur einsehr kleiner Teil des gesamten Warmwasser-Energieverbrauchs elektrisch gedeckt wird. Der Falla) hingegen hat neben dem schlechten Systemwirkungsgrad auch noch einen hohen Anteil teurerElektroenergie.Im breiten Spektrum der Warmwassersysteme und Nutzungsverhalten lässt sich daher keine all-gemeingültige Aussage zum optimalen System machen (vgl. auch [2]). Eine Berechnung von Ein-zelfällen ist meist zu aufwändig. Wirtschaftlichkeitsberechnungen von Anbietern favorisieren na-türlicherweise deren Systeme.

Angaben aus InterviewsDurch Interviews mit Haustechnik-Planern und Architekten wurde versucht, ihre Argumente füroder gegen Heizbänder in Warmwassersystemen zu erfahren und Angaben zu ihrem Vorgehenbei der Systemwahl (Heizband versus Zirkulation) zu erhalten.Sanitär-Planer geben meist eine zurückhaltende Beurteilung ab. Kaum jemand bringt eine gene-relle Vorliebe für Heizbänder zum Ausdruck, jedoch werden z.T. günstigere Erstellungskosten an-gegeben. Das Argument der Energieträger-Flexibilität wird gelegentlich genannt (vorteilhaftereEnergieträger mit Zirkulation). Wenn Elektrizität Haupt-Energieträger für Warmwasser ist, wird dasHeizband bevorzugt (eigentlich sollten doch keine zentralen Warmwasserversorgungen mehr mitElektrizität erstellt werden!). Ein deutliches Argument für Heizbänder können jedoch Platzverhält-nisse, v.a. in bestehenden Bauten sein (zu eng für Zirkulation).

Einsatz von Heizbändern Schutzklasse 2 (ohne Metallgeflecht, schutzisoliert): keine klaren Aus-sagen dafür oder dagegen, aber: Qualität steht an vorderster Stelle und wird Produkten derSchutzklasse 1 renommierter Hersteller zugeschrieben. Hingegen wird die kürzere Montagezeitvon Bändern der Schutzklasse 2 vom Anbieter stark betont.

Eigene Erfahrungen zur Ausführung von InstallationenBegehungen in Beratungsfällen sowie Hinweise von Planern zeigten folgende praktische Ausfüh-rungsmängel, zurückzuführen wohl auf mangelnde Instruktion bzw. Information:

� Nicht wärmegedämmte Partien bei Armaturen (Bild 8). Diese Heizband-Teile laufen mit ma-ximaler Leistung, wobei ohne Dämmung das Leitungsstück trotzdem auskühlen kann.

� Leitungsteile ohne Heizband (z.B. unterer Speicherabgang): führt zu kalten Pfropfen, alsoKomfortnachteilen (und evtl. dadurch zu Wasser-Mehrverbrauch).

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� Leitungen mit harter bzw. spröder Wärmedämmung (PIR) in Schächten "verlieren" u.U.schlecht befestigte Rohrschalen, weil durch Ausdehnungsbewegungen das Material brechenkann. Dies wird u.U. nicht bemerkt und ist schlecht reparierbar. Die Folgen sind aber schwerwiegend: erhöhter Wärmeverlust, Erwärmung von Kaltwasserleitungen (Legionellen!).

Bild 8 Heizband-Ausführungsdetails Abschluss, Wasserzähler

Ein gemeinsames Problem von Heizbänder und Rohr-an-Rohr Zirkulationssystemen ist dieschwierige lückenlose Wärmedämmung wegen der nicht-runden Geometrie. Rohr-Wärmedämm-Schalen mit sehr guten Wärmeleitwerten sind spröde (PIR) und damit anfällig auf Lücken, Bruch,Hinterlüftung. Weichschaum-Schläuche und Schalen dagegen weisen schlechtere Dämmwerteoder aber viel grössere (unerwünschte) Dicke auf. Eine interessante Entwicklung einer zwei-schichtigen Rohrdämmung bzw. einer weichen Innenschicht konnte wegen Verschwindens derbeteiligten Herstellerfirma nicht fertiggestellt werden [5].

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5. Einspar-Möglichkeiten und -Potenziale

5.1 Grundsätze für die Energieeinsparung

I. Heizband-Einsatz vermeiden bzw. Alternativen einsetzenWarmwasser:- Notwendigkeit der Warmhaltung vermeiden durch kurze Distanzen (Ausstosszeiten bis 8

Sekunden sind noch komfortabel)- Zirkulation einsetzen bei erneuerbaren Energieträgern / Abwärmenutzung

Frostschutz Leitungen:- Leitungen in frostgeschützten Bereichen verlegen- Frostrisiko durch bauliche Massnahmen und Wärmedämmung eliminieren

Frostschutz Dachrinnen:- Fachgerechtes Konzept der Wärmedämmung von Dächern (Dampfsperre, Hinterlüftung)

vermeidet Wasserdampfaustritt und somit Eisbildung (Architekt, Bauphysiker)- Dächer und Rinnen so konzipieren bzw. anordnen dass Tauwasser bei Frosttemperatu-

ren (Sonneneinstrahlung) immer ablaufen kann (Architekt, Spengler)

II. System optimieren für minimale Verlustleistung- System für minimale warmzuhaltende Leitungslängen konfigurieren (z.B. nur UG-

Verteilung warm, Steigzonen mit Einzelleitungen). Dies ist auch gut gegen Legionellen.(Haustechnik-Planer)

- Optimale Wärmedämmung (besser als kantonale Vorschriften), entsprechender Heiz-band-Typ (Haltetemperatur richtig bestimmen). Lückenlose, gut anliegende Ausführung,v.a. auch in Schächten. (Haustechnik-Planer, Installateur)

III. Optimale Steuerung einsetzen- Einschaltzeiten nach dem Bedarf optimieren: (Schaltuhr, Thermostaten / Tempera-

turfühler, falls angeboten "intelligente" Steuerung mit Mikroprozessor einsetzen.- Selbstregelung allein ist noch keine optimale Lösung:

��bei grösseren Warmwassersystemen Feineinstellung mit Leistungssteller� bei Frostschutz Leistungssteller zur Anpassung an Umgebungstemperatur (vgl. Bild 5), falls angeboten "intelligente" Steuerung einsetzen.

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Beispiel Lebenszyklusbetrachtung WarmwassersystemIn Tabelle 3 werden ein kleines und ein mittelgrosses System kurz beschrieben und die Investiti-onskosten sowie die Lebensdauer-Betriebskosten berechnet. Es wurde ein Elektrizitätspreis von0.2 Fr/kWh eingesetzt. Detailangaben im Anhang 8.2.

Klein-System WW: Mittleres System WW:

Abschätzung Leitungslänge / Wohnung

2 Steigleitungen, 3 Geschosse

� 3 oder 6 (Klein-) Wohnungen

12 Steigleitungen, 4 Geschosse

� 24 oder 48 (Klein-) Wohnungen

30 m Band 45°C1 Anschluss, 3 TSchaltuhrInbetriebnahme

200 m Band 60°C2 Anschlüsse, 10 T2 Steller mit Uhr bzw. 2 "Eco"-SteuerungenInbetriebnahme 2 Kreise

Kosten ohne Montage: ca. 1'400 Fr. Kosten ohne Montage: ca. 7'000 Fr.

Variante: "Eco"-Steuerung ca. + 400 Fr.

Für die Montage und ggf. Elektroinstallation müssen nochmals in der Grössenordnung von50% der obigen Kosten dazu gerechnet werden. Somit ca. Gesamtkosten:

2'100 Fr. (mit "Eco"-Steuerung 2'500 Fr.) 10'500 Fr.

Elektrizitätsverbrauch und -kosten900 kWh/a, 180 Fr./a 4'800 kWh/a, 960 Fr./a

in 20 Jahren: 3'600 Fr.� = 1.7 mal die Materialkosten inkl. Inbetr.

in 20 Jahren: 19'200 Fr.� = 1.8 mal die Materialkosten inkl. Inbetr.

Tab. 3 Investitionskosten und Lebensdauer-Betriebskosten

Die Beispiele in Tabelle 3 zeigen klar, dass die Lebensdauer-Betriebskosten soviel höher als dieInvestitionskosten liegen, dass es sich auf jeden Fall lohnt, die energiesparendste Steuerung ein-zusetzen!

5.2 Was ist zu tun bei bestehenden Anlagen?Heizband-Anlagen für Warmwasser-Warmhaltung könnten u.U. durch bessere Steuerung spar-samer betrieben werden. Für die Betreiber grösserer Anlagen (wo es lohnend sein könnte) dürftedies wenig attraktiv sein, da die Stromkosten auf die Mieter überwälzt werden. Eine besser Wär-medämmung wird aus demselben Grund kaum ausgeführt; zudem weisen Heizband-Verteilsysteme keine sehr schlechte Wärmedämmung auf, weil sonst die Haltetemperatur zu tiefläge. Die Chance einer energetischen Verbesserung wird daher erst bei Erneuerung der Anlageoder von Teilen davon (Reparatur) kommen. Informierte Planer und Installateure werden siehoffentlich dannzumal auch nutzen!

Interessanter ist die Situation bei Frostschutz-Anlagen, einerseits wegen der grösseren Einspar-möglichkeiten, andrerseits weil solche Anlagen oft ohne Wissen ihrer Betreiber existieren und

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Elektrizität verbrauchen. Daher könnte eine Informationskampagne auch bei Betreibern sinnvollsein.Wie können Betreiber herausfinden, ob eine Frostschutz-Heizbandanlage vorhanden ist?

Bei Heizbändern von Leitungen sollte der Elektroanschluss sichtbar sein, da diese Leitungeni.d.R. verfolgt werden können.

Bei Frostschutz-Heizbändern von Dachrinnen ist jedoch u.U. auch der Anschluss nicht ohneWeiteres einsehbar.Zur Abklärung (ob vorhanden, ob/wie funktionierend) kann in beiden Fällen im Elektro-Tableaunach entsprechenden Anschlüssen gesucht werden. Dachrinnen-Heizbänder sind u.U. an einemeigenen, "versteckten" Klein-Tableau angeschlossen, dessen Anspeisung aber eigentlich auch amHaupttableau angeschrieben sein sollte (meist sind ja keine Schemata an Ort).Die Überprüfung der Funktion einer bestehenden Frostschutz-Heizbandanlage – z.B. mit einerStromzange – kann u.U. nur bei Frosttemperaturen geschehen, da sie sonst ausgeschaltet ist.Immerhin: falls auch sonst eine Elektrizitätsverbrauch festzustellen ist, sind Massnahmen drin-gend.Als Sanierungsmassnahmen kommen in Frage:

� Risikosituation überprüfen: vielleicht ergibt eine Neu-Beurteilung, dass die Anlage ausser Be-trieb genommen werden kann. Allenfalls können auch einfache bauliche oder Wärmedämm-Massnahmen die Ausserbetriebnahme erlauben.

� Steuerung überprüfen:- Temperatur-Steuerung (Thermostaten) vorhanden?- Bei grösseren Anlagen: Temperaturabhängige Leistungssteuerung nachrüsten?- Bei Dachrinnen: Feuchtefühler vorhanden, richtige Platzierung und Funktion?

5.3 Hochrechnung des Einspar-PotenzialsAngesichts der rudimentären Datenlage ist eine Hochrechnung nur als grobe Abschätzung mög-lich. Der resultierende Elektrizitätsverbrauch "Heizbänder Warmwasser" könnte etwa konstantbleiben, jener von Frostschutz-Anlagen sogar zurückgehen. Für den Bereich Industrie ist die Ab-schätzung der Einsparungen mit noch grösserer Unsicherheit als für Warmwasser und Frost-schutz behaftet.

WarmwasserZur Zeit werden in Neubauten und Totalsanierungen (neues Warmwassersystem) zunehmendeher Heizband- als Zirkulationssysteme zur Warmhaltung eingesetzt. Daraus resultiert eine Zu-nahme des Elektrizitätsverbrauchs der Heizbänder. Eine Quantifizierung ist nicht möglich, da hier-zu die installierten Meter bekannt sein müssten (und Ersatzinstallationen sowie Abbrüche berück-sichtigt). Daher sind nur grobe Schätzungen möglich:Gemäss Tabelle 1 (korrigierter Wert 100 GWh/a) beträgt der Elektrizitätsverbrauch pro MeterWarmwasser-Heizband des existierenden Bestandes rund 36 kWh/a. Neue Installationen solltendank besserer / lückenloser Wärmedämmung und Steuerung tiefer liegen, allerdings dürften hö-here Temperaturen (wegen Selbstregelung, vgl. Bild 4, sowie Legionellen-Vorkehren) dies teilwei-se kompensieren. Trotzdem rechnen wir für neue Installationen mit 25 kWh/m*a.Aus der Zunahme (Schätzung des Verkaufs) von ca. 200'000 m pro Jahr resultiert somit ein Elek-trizitätsverbrauchs-Zuwachs von etwa 5 GWh/a.

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Durch eine kombinierte Strategie der Spar- bzw. Vermeidungsmassnahmen dürfte sich dieser Zu-wachs auf etwa die Hälfte vermindern lassen, also 2.5 GWh/a. Dazu kommt nochmals eine Re-duktion ähnlicher Grössenordnung durch Abbruch, Ersatz oder Sanierung von bestehenden Anla-gen. Somit könnte der Elektrizitätsverbrauch von Heizbändern "Warmwasser" etwa konstant blei-ben.

FrostschutzGemäss übereinstimmender Aussagen der befragten Personen werden weniger Frostschutz-Heizbänder "als früher" installiert. Dies korrespondiert mit der Bestandes- und Zunahme-Schätzung gemäss Tabelle 1, im Vergleich mit Warmwasser-Heizbändern. Im Mittel bestimmenhöhere Leistungen pro Meter, aber wesentlich kürzere Einschaltzeiten den Verbrauch, dieser liegtdaher (gemäss Tab. 1) bei ca. 17 kWh pro Meter und Jahr. Neue Installationen sollten dank bes-serer Steuerungen und Materialien tiefer liegen, z.B. bei 12 kWh/(m*a). Aus der Zunahme (Schätzung des Verkaufs) von ca. 200'000 m pro Jahr resultiert somit ein Elek-trizitätsverbrauchs-Zuwachs von etwa 2.4 GWh/a. Durch eine kombinierte Strategie der Spar- bzw. Vermeidungsmassnahmen dürfte sich dieser Zu-wachs auf etwa die Hälfte vermindern lassen, also 1.2 GWh/a.Im Frostschutz-Bereich ist eine beträchtliche Reduktion des Elektrizitätsverbrauchs bestehenderAnlagen durch Massnahmen (Informationskampagnen...) möglich. Das rein technische Potenzialist sehr gross (Grössenordnung 25...50% des geschätzten Verbrauchs, also 25...50 GWh/a), wo-bei kaum Aussagen zu Realisierbarkeit und Zeitraum möglich sind.Somit könnte der resultierende Elektrizitätsverbrauch "Heizbänder Frostschutz" sogar deutlich zu-rückgehen.

IndustrieDie technischen Möglichkeiten wurde in dieser Arbeit nicht explizit behandelt, es geht aber um dieselben Prinzipen wie bei Warmwasser bzw. Frostschutz. Somit kann als Grössenordnung für dasPotenzial eine Reduktion durch Massnahmen von 1...3 GWh/a angenommen werden (je nachKonjunkturentwicklung ist dies eine Reduktion des Wachstums oder des Verbrauchs!).

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6. Umsetzungsmöglichkeiten

6.1 Massnahmen-Übersicht und Zielpublika

Aus dem Kapitel 5 "Einspar-Möglichkeiten" lassen sich die wichtigsten technischen und Planungs-Massnahmen zusammenstellen und entsprechende Zielpublika angeben:

Massnahmengruppe Zielpublikum Vorgehen1. Systembetrachtung (integrale Pla-

nung!) mit dem Ziel, den Heizband-Einsatz zu vermeiden oder zu mi-nimieren. Dies ist in den BereichenWarmwasser und Frostschutzsinnvoll (vgl. 5.1 Grundsätze I undII)

Architekten und PlanerSekundär auch Bauherr-schaften

Fachartikel Aus- und Weiterbildung

2. System energiesparend auslegen,geeignete Materialien und Dimen-sionen vorgeben / wählen.Energiesparende Steuerungen ein-setzen (vgl. 5.1, III).

Sanitär-/ Elektro-/ Hau-stechnikplaner, planendeInstallateureSekundär auch Bauherr-schaften (vgl. 5.1 Beispiel)

Aus- und Weiterbildung Information von Anbie-terseiteFachartikel

3. Sorgfältige und kompetente Aus-führung und Einstellung

Sanitär- / Elektroinstalla-teure, IsoleureBegleitend auch Planer

Aus- und Weiterbildung Information von Anbie-terseite

4. Bestehende Anlagen finden undüberprüfen (5.2)

Elektroinstallateure, Be-treiber, Bauherrschaften

Aus- und WeiterbildungFachartikel

Tab. 4 Massnahmenübersicht und Zielpublika

Eine Übersicht über die Vorgehensmöglichkeiten, nach Zielpublika geordnet, ist in Tabelle 5 zu-sammengestellt:

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Zielpublikum Vorgehensvorschlag1. Architekten, Sanitär-/ Elektro-/

Haustechnikplaner,(planende) Installateure

Fachartikel in Fach- bzw. Verbandszeitschriften(SSIV, VSEI, sia/Tec 21, Gebäudetechnik...), ggf.mit Hinweis auf das Merkblatt Je nach Medium auf Branche abgestimmt (Schwer-punkte Warmwasser / Frostschutz / Elektro)

2. Erstausbildung (Sanitär, Elektro...) Indirekt via Lehrpersonen vgl. 1.Lehrmittel (vgl. Anmerkung), Merkblatt

3. Weiterbildung (Meister, sonstige) Indirekt via Lehrpersonen vgl. 1.Mit dem Sanitär-Ausbildungszentrum Lostorf desSSIV könnte eine Informations- und Weiterbildungs-kampagne (evtl. mit Ausstellung) eingeleitet werden(Rudolf Bollier)Analog mit VSEI / ZH (Elektriker-Ausbildungs-Zentrum ELAZ bzw. Elektro-Bildungs-Zentrum EBZ,Effretikon ZH, evtl. auch in anderen Kantonen)Für die fachübergreifende Haustechnik-Weiterbildung soll das Pentaprojekt (Daniel Som-mer, Volketswil) angegangen werden.

4. Betreiber von Gebäuden/Anlagen(Hauswarte, Verwalter)

Fachartikel, evtl. Artikel in Hauseigentümer-ZeitschriftenEvtl. Hauswartkurse, Betriebsoptimierung

5. Bauherrschaften Artikel in Hauseigentümer-Zeitschriften u.ä.

6. Isoleure (eher marginal involviert) Fachartikel in Fachzeitschriften

Lehrmittel:Erfahrungsgemäss ist es schwierig bzw. langwierig, "Eingang" in Lehrmittel zu finden, dadies fast nur im Zeitpunkt der Erneuerung bzw. Erstellung eines Lehrmittels möglich ist. Soist ein gewisser "Selbstläufereffekt" durch Fachartikel zu erhoffen; andrerseits sollen die mitder Ausbildung befassten Personen der Fachverbände gezielt zur Übernahme oder Weiter-gabe der neuen Erkenntnisse aufgefordert werden.

Merkblatt :Ein leicht verständliches Merkblatt "Elektrische Heizbänder" könnte eine rasche und breiteWirkung erzielen und auf unterschiedlichen Wegen verbreitet werden.

Tab. 5 Zielpublika und Vorgehensvorschläge

6.2 Vorschläge für Umsetzung bzw. FolgeprojekteFachartikelIm Nachgang zum Forschungsprojekt werden Fachartikel durch die Projektpartner-Verbände SSIVund VSEI erstellt und in einschlägigen Fachzeitschriften publiziert. Angepasste Versionen für breiter orientierte Fachzeitschriften (Tec 21, Hauseigentümer, ...) kön-nen folgen. Realisierung evtl. durch die gleichen Autoren.

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Merkblatt Mit einem leicht verständlichen Merkblatt könnte eine rasche und breite Wirkung erzielt werden.Das Merkblatt sollte in erster Linie für Sanitärfachleute erstellt werden, für die AnwendungenWarmwasser und Frostschutz bei Leitungen. Eine angepasste Version für Elektrofachleute istdenkbar.Der Inhalt eines derartigen Merkblatts kann aus den Ergebnissen des Forschungsprojekts mitkleinem Aufwand zusammengestellt werden. Er ist mit den zuständigen Fachpersonen der be-troffenen Fachverbände (SSIV, VSEI, ...) in einer Vernehmlassung zu bereinigen, damit diese alsPartner oder Mit-Herausgeber figurieren können. Das Merkblatt muss attraktiv gestaltet werden,z.B. Faltblatt C5/6, ähnlich Umwälzpumpen-Leitfaden [6], um Beachtung zu finden. Entscheidend für die Wirkung ist zudem die Art der Verteilung:- Versand durch Fachverbände- Download bzw. Bestellmöglichkeit bei Homepages Fachverbände und EnergieSchweiz- Ideal wäre die Integration in Planungsunterlagen der Heizband-Anbieter (wenig ausichtsreich wenn "Vermeidungsmöglichkeiten" stark betont werden!).

VorschriftenBaurechtliche Vorschriften sind am ehesten für die Anwendungsbereiche Freiflächen / Heizungenim Freien (vgl. auch Kapitel 4.4 "Städte Basel und Zürich") sowie Raumheizung (hier als Technik-Thema ausgeklammert) denkbar. Soweit solche politisch durchgesetzt werden können, ist sichereine – energiesparende – Wirkung vorhanden. Allerdings ist mit einer Dunkelziffer trotzdem reali-sierter Anlagen zu rechnen, da eine Kontrolle kaum möglich ist (Heizbänder nach Installation nichtmehr sichtbar, unverfängliche Tableau-Beschriftung).

Normen, Empfehlungen / Regeln der BaukunstIn den Empfehlungen und Normen des Schweizerischen Architekten und Ingenieurvereins (sia)sind z.Zt. keine Aussagen zu elektrischen Heizbänder zu finden.Die sia-Empfehlung 380/4 "Elektrische Energie im Hochbau" wird z.Zt. überarbeitet und soll neuals Norm herausgegeben werden. Darin wird u.a. das Thema Hilfsenergie für Raumheizung undWarmwasser behandelt und voraussichtlich können Hinweise oder sogar Anforderungen zumenergiesparenden Einsatz von Heizbändern gemacht werden. Das Thema wird im Auftrag der sia-Kommission von J. Nipkow bearbeitet. Im Forschungsprogramm "Warmwasser" des BFE ist ein Projekt "Methode zur Berechnung desJahresenergieverbrauchs von Warmwasseranlagen" ausgeschrieben, welches Grundlagen für ei-ne Berechnung analog zur Wärmebedarfsberechnung gemäss sia 380/1 liefern soll. In diesemProjekt müssen auch Warmwasserverteilanlagen mit Heizbändern behandelt werden. Wieweit dieMethode dann in sia 380/1 integriert werden soll, ist noch offen. Eine Koordination mit den obenerwähnten Arbeiten zu sia 380/4 ist jedenfalls notwendig.Die Publikationen des Impulsprogramms RAVEL (Rationelle Verwendung von Elektrizität, 1989 -1996) bzw. deren Empfehlungen sind zum teilweise Stand der Technik geworden und werden z.T.beinahe als Regeln der Baukunst anerkannt. Elektrische Heizbänder werden allerdings nur rechtkurz in [7] behandelt; durch den vorliegenden Bericht wird den dortigen Aussagen nicht widerspro-chen, sondern sie werden ergänzt und differenziert.

Pilotprojekt Objekt-Dokumentation und -MessungenUm bessere Datengrundlagen zum Elektrizitätsverbrauch von Heizband-Anlagen zu erhalten,könnten im Rahmen eines Pilotprojekts von EnergieSchweiz neue Anlagen mit Heizbändern

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(Warmwasser und Frostschutz) von der Planung an sorgfältig dokumentiert und nach Inbetrieb-nahme der Elektrizitätsverbrauch gemessen werden. Um an solche Anlagen heranzukommen,würde sich eine Projekt-Partnerschaft z.B. mit den Städten Basel und Zürich sowie mit Heizband-Anbietern eignen. Das Projekt müsste auf eine mehrjährige Laufzeit angelegt werden, da die Ver-brauchswerte in Neubauten sich erst nach längerer Betriebszeit auf "durchschnittliche" Werte ein-pendeln.

6.3 Umsetzungshinweise Basel und ZürichIn beiden Städten lassen sich weder aus den Befragungen noch aus den gesetzlichen Grundlagenbesondere, auf die jeweilige Situation zugeschnittene Massnahmen angeben. In Zürich sollten je-denfalls die Ergebnisse von Kapitel 5.1/5.2 bzw. ein ggf. zu schaffendes Merkblatt in die entste-henden Haustechnik-Richtlinien einfliessen. Somit können für betroffenen Ämter und Fachleute beider Städte die folgenden generellen Umset-zungshinweise gelten:

� Ein zu schaffendes Merkblatt zum energiesparenden Einsatz elektrischer Heizbänder könnteunterstützt werden.

� Das Merkblatt soll in den betroffenen behördlichen und externen Stellen (Planung für städti-sche Bauten) verbreitet und ggf. zur Richtlinie erklärt werden (oder in Haustechnik-Richtlinien integriert). Denkbar sind natürlich auch restriktivere städtische Richtlinien zuHeizbändern.

� In der internen Weiterbildung sollen das Merkblatt und evtl. weitere aktuelle Hinweise zumsparsamen Einsatz von Heizbändern verwendet werden.

� Der Einsatz von Heizbänder in (ausgewählten) städtischen Bauten könnte detailliert doku-mentiert und messtechnisch begleitet werden (vgl. Kapitel 6.2, Pilotprojekt).

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7. Quellenverzeichnis

[1] Machbarkeitsstudie Datenerhebung im Programm "Elektrizität", Verbrauchergruppen Be-leuchtung, Haustechnik, Mobilität, gewerbliche Anwendungen, diverse Spezialanwendungen.J. Nipkow et al, BFE Bern, Dez. 2000

[2] Simulation Warmwassersysteme, Alpha Real AG Zürich et al, Forschungsprogramm Warm-wasser BFE, Mai 1999

[3] Merkblatt SVGW: Legionellen in Trinkwasserinstallationen – Was muss beachtet werden?SVGW, Zürich, Juli 2001

[4] Legionellen und Legionellose, Broschüre Nr. 311.355d des Bundesamts für Gesundheit, BernAugust 1999

[5] Projekt-Eingabe "Klassierung von Wärmedämmsystemen an Rohrleitungen anhand von ge-messenen, effektiven Wärmeverlusten", 24. 5. 2000, zur Ausschreibung Forschungs-, Pilot-und Demonstrationsprogramm Rationelle Energienutzung in Gebäuden 2000 - 2003

[6] Umwälzpumpen - Leitfaden für Dimensionierung und Auswahl, Bundesamt für Energie1997/2001, Bezug EDMZ Bern Nr. 805.164d,http://www.energie-schweiz.ch/imperia/md/content/gebudeanlagen/vollzugshilfen/11.pdf

[7] Elektrische Wassererwärmung, Impulsprogramm RAVEL, 2. Auflage 1995, Bezug: BBL (Fax031 325 50 58), Best. Nr. 724.349.1d. auch auf Impuls-CD (sia)

Verkaufs- und Planungsunterlagen der Heizband-Anbieter:- Domotec AG (4663 Aarburg)- Friap /Bartec (über Fa. BUMA, Josef Burri AG, 6102 Malters)- Raychem/Tyco (über Spectratec AG, 6342 Baar)

http://www.energie-schweiz.ch/imperia/md/content/gebudeanlagen/vollzugshilfen/11.pdf

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8. Anhang

8.1 Elektroheizung

Inserat in einer Schweizer Haustechnik-Fachzeitschrift

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8.2 Detail-Daten Modellrechnungen "klein" und "mittel"

Materialpreise von Heizbändern und Zubehör (Fr., o. MWSt)

Anlage "Klein" [m, St.] Produkt A Produkt B Produkt CBand 30 780 585 570Anschl./T-Stück 3 562 379.5 360.5Schaltuhr (1) 0 0 148Inbetriebnahme 2 Kr. 150 360 350Mehrpreis Regler 318 424 251Total "Klein" 1492 1324.5 1428.5Total mit Regler 1810 1748.5 1679.5

Abschätzung Elt-Verbrauch klein:

W/m h/a kWh/a Fr/kWh Fr./aFr. in 20 Jahren: 6 5000 900 0.2 180.00 3'600.00

Anlage "Mittel" [m, St.] Produkt A Produkt B Produkt CBand 200 5800 4800 4700Anschl./T-Stück 10 1780 1195 1133Steuergerät 2 636 848 798Inbetriebnahme 2 Kr. 200 410 400Total "Mittel" 8416 7253 7031

Abschätzung Elt-Verbrauch mittel:

W/m h/a kWh/a Fr./kWh Fr./aFr. in 20 Jahren: 8 3000 4800 0.2 960.00 19'200.00

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8.3 Fachartikel zum Thema (Zusammenfassung aus Bericht)

Fachartikel HB-Elektriker.doc Seite 1/4 ARENA J. Nipkow 28.06.2002

Elektrische Heizbänder richtig einsetzen Schwerpunkt Elektrobranche und Architekten

von Jürg Nipkow

Elektrische Heizbänder verbrauchen in der Schweiz etwa soviel Strom wie alle Fern-sehgeräte. Die bedeutendsten Anwendungen mit je ca. 1/3 des Verbrauchs sind Frostschutz für Leitungen und Dachrinnen, Warmwasser-Verteilleitungen sowie in-dustrielle Rohrbegleitheizungen. Obwohl vor allem selbstregelnde Heizbänder einge-setzt werden, sind mit zusätzlichen bedarfsgerechten Steuerungen grosse Einspa-rungen realisierbar. Noch mehr sparen Konstruktionen und Installationen, die ohne Heizbänder auskommen.

Technik

Elektrische Heizbänder enthalten einen Kern aus kohlenstoffhalti-gem Kunststoff zwischen zwei stromzuführenden Litzen (Bild 1). Dieser Kunststoff stellt einen elektrischen Heizwiderstand dar. Heu-te werden vorwiegend selbstregelnde Heizbänder eingesetzt, de-ren Heizleistung temperaturabhängig variiert und die nach so ge-nannten Haltetemperaturen typisiert sind. Die Leistungsvariation wird durch unterschiedliche Widerstandsmaterialien erreicht. Aus der Temperatur-Leistungs-Charakteristik (Bild 3) ist die Abhängig-keit der resultierenden Temperatur vom Wärmeverlust [W/m] er-sichtlich. Da sich ein Gleichgewicht einstellt, ist die elektrische Leis-tungsaufnahme gleich dem Wärmeverlust.

Bild 1 Aufbau eines selbstregelnden Heizbandes (Quelle: Friap)

Je nach Anwendung weisen die Heizbänder Schutzschichten auf (wasserdicht, elektrisch, Metallgeflecht für Schutzklasse 1, mechanisch). Der Einsatz von Bändern der Schutzklasse 1 wird für grosse Anlagen zur Minimierung des Brandri-sikos empfohlen (bei Beschädigung zuverlässige Abschaltung mit FI-Schutzschalter). Allerdings ist die Erstellung von Anschlüssen und Verbindungen für Heizbänder der Schutzklasse 1 anspruchsvoller, weil die äussere Schutzschicht abgeschält und das Metallgeflecht umgeschlagen werden muss (Bild 2).

Bild 2 Heizband Schutzklasse 1 mit Metallgeflecht

Zusätzliche Steuerung notwendig

Mit der Wahl des Band-Typs und einer Wärmedämmung nach geltenden Vorschriften wird zwar die angestrebte bzw. für den Heizband-Typ charakteristische Haltetemperatur mit etwa ± 5°C Toleranz erreicht. Soll aber die Haltetemperatur für Warmwasserleitungen und damit auch der Elektrizitätsverbrauch genauer bestimmt werden, so muss sie aus der exakten Leistungscharakteristik des Bandes und der Wärmeverlustfunktion der Leitung ermittelt wer-


den. Zur Zeit gibt nur ein Anbieter in den Planungsunterlagen quantitative Leistungscharakte-ristiken an (vgl. Bild 3). Nach Bedarf kann die Haltetemperatur mit einem Leistungssteller durch Spannungs-Reduktion abgesenkt werden. In Bild 3 würde damit die Leistungs-Charakteristik nach unten verschoben. Dies ist vor allem für Heizbänder von Warmwasser-verteilungen in grösseren Bauten (höhere Heizband-Haltetemperatur) sinnvoll und erlaubt eine Nachtabsenkung (statt -Abschaltung mit Komfortnachteil). Das Einspar-Potenzial be-trägt mit Mikroprozessor-Steuerungen bis 50%.

Aus Bild 3 wird klar, dass Frostschutz-Heizbänder keinesfalls ohne zusätzliche Steuerung installiert werden dürfen: Schon bei 0°C Umgebungstemperatur und dünner Wärmedäm-mung (Verlustkennlinie) wird der Rohrinhalt bis über 25°C erwärmt, bei entsprechendem Elektrizitätsverbrauch. Eine "ideale" Leistungscharakteristik gemäss Bild 3 scheint nicht machbar bzw. ist nicht erhältlich. Daher ist bei Frostschutz -Anwendungen unbedingt eine Abschaltung bei Umgebungstemperaturen (noch besser: Rohrtemperaturen) über 0°C erfor-derlich. Mit Spezial-Steuergeräten mit integriertem Leistungssteller ist sogar eine gute Annä-herung der idealen Leistungscharakteristik möglich.

Heizbänder Frostschutz / WW

0

10

20

30

40

-5 5 15 25 35 45 55 65Temp. °C

W/m

HWAT-R10BTV2

HWAT-L3BTV2

0°C

Ideale Frostschutz-Charakteristik

Bsp. Verlustkennlinie

Bild 3 Charakteristik von Frostschutz - (10BTV2, 3BTV2) und Warmwasser- Heizbändern (HWAT-R, HWAT-L). Daten Spectratec AG, Baar.

Frostschutz energiesparend

Leitungen in ungeheizten Räumen (Garage, Bau-Lücken, Estrich etc.) müssen in manchen Fällen mit Frostschutz-Heizbändern geschützt werden. Zuerst ist aber stets zu prüfen, ob die Frostsicherheit nicht einfacher und energiesparender mit richtiger Wärmedämmung von Raum und Leitungen erreicht werden kann. Ist tatsächlich ein Frostschutz-Heizband nötig (oder bestehend), so ist die tatsächlich erforderliche Einschaltdauer oft sehr klein, nämlich wenige Stunden bei längeren extremen Kälteperioden. Vor allem ältere bzw. einfache Steue-rungen führen jedoch oft zu grosser Verschwendung: Ein zwar selbstregelndes, aber nur thermostatisch gesteuertes Heizband wird fast immer mit viel zu grosser Leistung heizen, weil es auf z.B. –30°C ausgelegt ist. Bei 0°C kann die Leitung – je nach Bandtyp und Isolie-rung – unnötig bis über 20°C erwärmt werden (Bild 3)! Mit einer temperaturabhängigen Leis-tungssteuerung sind Stromeinsparungen bis über 50% möglich. Wichtig ist zudem, dass die


Thermostat-Steuerung zweckmässig ausgeführt wird: kleine Schaltdifferenz (<3 K), genaue Temperatureinstellung, optimale Fühlerplatzierung (möglichst an der Leitung).

Dächer und Spenglerarbeiten sollten grundsätzlich so gestaltet werden, dass keine Schä-den oder Gefährdung durch Frost entstehen. Bei besonderen Dachformen (z.B. V-förmig) und/oder extremen Klimazonen und Sicherheitsansprüchen können Lösungen mit Rinnen-heizungen nötig sein. In diesen Fällen gilt noch mehr als bei Rohr-Frostschutz, dass mit gu-ter Steuerung die Einschaltdauer minimiert werden kann: Heizleistung ist nur erforderlich, wenn bei Frosttemperaturen Wasser (flüssig) auftritt, etwa durch Sonneneinstrahlung oder Schmelze wegen Abwärme. Somit sollten nebst genauen Thermostaten bzw. Temperatur-fühlern auch gute Feuchtefühler – eigentlich Wasser-Fühler – eingesetzt werden, welche nicht schon bei Feuchte, sondern erst bei fliessendem Wasser ansprechen. Allerdings ist die Fühlerplatzierung kritisch, da die Funktion nicht erbracht wird, wenn der Fühler trocken bleibt. Eine einfachere Möglichkeit bietet ein zweiter Thermostat bzw. Schaltpunkt, der bei z.B. –3 bis –2°C das Heizband wieder ausschaltet, da dann kein flüssiges Wasser mehr auf-tritt

Bei Freiflächen-Heizungen ist der Hauptzweck die Vermeidung von Eisbildung auf Flächen, wo dies nicht mechanisch oder mit Salz erfolgen kann. Ein Einsatz der Heizung zur Schnee-räumung bedeutet extreme Energieverschwendung (ausser mit nicht anders verwendbarer Abwärme). In manchen Kantonen sind elektrische Freiflächenheizungen verboten.

Warmwasserverteilung: Heizband oder Zirkulation?

Die Vorteile von Heizbändern gegenüber Zirkulationssystemen sind für den Sanitär-Installateur offensichtlich: keine (Zirkulations-) Rückleitung zu installieren, kein hydraulischer Abgleich, keine Temperaturprobleme, Warmhaltung bis zum letzten Dezimeter. Die Erstel-lungskosten liegen ähnlich bis etwas tiefer als mit Zirkulationsleitungen. Neuere Untersu-chungen haben zudem nachgewiesen, dass der Energieverbrauch eher kleiner ist als mit Zirkulationsleitungen. Allerdings ist diese Energie zwangsläufig Elektrizität und damit rund dreimal teurer als Brennstoff-Wärme. Besonders stört dies bei Anlagen, welche erneuerbare Energiequellen oder Abwärme nutzen (solar, Holz, Wärmepumpe). Und einmal installiert, kann die Strom-Abhängigkeit nicht mehr mit verhältnismässigem Aufwand geändert werden. Daraus ergibt sich folgende Empfehlung:

• Warmwassersysteme mit Sonnenkollektoren, Holzfeuerungen und Wärmepumpen soll-ten nicht mit Heizbändern zur Warmhaltung ausgeführt werden, damit die beträchtli-chen Verteilverluste (30 bis 60%) ebenfalls mit erneuerbarer Energie gedeckt werden.

Was ist zu tun bei bestehenden Anlagen?

Heizband-Anlagen für Warmwasser-Warmhaltung können oft durch bessere Steuerung so-wie bessere Wärmedämmung sparsamer betrieben werden. Weil die Betreiber grösserer An-lagen die Stromkosten auf die Mieter überwälzen, wird die Chance einer energetischen Ver-besserung erst bei Erneuerung der Anlage oder von Teilen davon (Reparatur) kommen. In-formierte Installateure und Planer werden sie dannzumal auch nutzen!.

Interessanter ist die Situation bei Frostschutz-Anlagen, einerseits wegen der grösseren Ein-sparmöglichkeiten, andrerseits weil solche Anlagen oft ohne Wissen ihrer Betreiber existie-ren und Elektrizität verbrauchen. Wie kann man herausfinden, ob eine Frostschutz-Heizbandanlage vorhanden ist? Bei Heizbändern von Leitungen sollte der Elektroanschluss sichtbar sein, da diese Leitungen i.d.R. verfolgt werden können. Bei Frostschutz-Heizbändern von Dachrinnen ist jedoch auch der Anschluss nicht immer ohne Weiteres ein-sehbar, weshalb am besten in Elektro-Tableaus danach gesucht wird. Die Überprüfung der


Funktion einer bestehenden Frostschutz-Heizbandanlage – z.B. mit einer Stromzange – kann u.U. nur bei Frosttemperaturen geschehen, da sie sonst ausgeschaltet ist. Immerhin: falls auch sonst eine Elektrizitätsverbrauch festzustellen ist, sind Massnahmen dringend. Als Sanierungsmassnahmen kommen Verbesserungen der Steuerung in Frage, wenn nicht so-gar dank einfachen baulichen oder Wärmedämm-Massnahmen das Heizband ganz ausge-schaltet werden kann. Vielleicht ergibt schon eine Neu-Beurteilung der Risikosituation, dass das Heizband ausser Betrieb genommen werden kann.

Die beste Steuerung lohnt sich!

Im Forschungsprojekt [1] wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für Warmwasser-Heizbandsysteme erstellt. Es zeigt sich, dass die Stromkosten über eine Betriebsdauer von 20 Jahren das 1,5- bis 2-fache der Erstellungskosten ausmachen. Da eine optimale Steue-rung (z.B. mit Mikroprozessor) Mehrkosten von nur etwa 10% ausmacht, die erreichbare Einsparung gegenüber der billigsten Steuerung beträgt aber 30 bis 50%, ist die Rechnung schnell gemacht: die beste Steuerung zahlt sich in wenigen Jahren aus! Bei Frostschutz-Anlagen sind die Stromkosten vergleichsweise geringer, dafür aber das Einsparpotenzial der besten Steuerung bis 70%.

Heizbänder energiesparend einsetzen

Frostschutz Dachrinnen etc.:

• Fachgerechtes Konzept der Wärmedämmung von Dächern (Dampfsperre, Hinterlüf-tung) vermeidet Wasserdampfaustritt und somit Eisbildung (Architekt, Bauphysiker)

• Dächer und Rinnen so konzipieren bzw. anordnen dass Tauwasser bei Frosttempera-turen (Sonneneinstrahlung) immer ablaufen kann (Architekt, Spengler)

Frostschutz Leitungen:

• Leitungen in frostgeschützten Bereichen verlegen (Sanitär-Planer)

• Frostrisiko durch bauliche Massnahmen und Wärmedämmung eliminieren (Architekt)

• Beste Steuerung einsetzen und richtig einstellen.

Warmwasser:

• Notwendigkeit der Warmhaltung vermeiden durch kurze Distanzen. Zirkulation statt Heizband einsetzen bei erneuerbaren Energieträgern.

• System für minimale warmzuhaltende Leitungslängen konfigurieren, optimale Wärme-dämmung (besser als kantonale Vorschriften), richtiger Heizband-Typ, beste Steue-rung einsetzen und richtig einstellen.

Quellen

[1] Elektrische Heizbänder - Anwendungen, Energieverbrauch und Sparmöglichkeiten. Jürg Nipkow, ARENA, Zürich; Schlussbericht BFE-Forschungsprojekt Nr. 42465, April 2002.

Adresse des Autors: Jürg Nipkow, dipl. El. Ing. ETH/SIA, ARENA, Zürich Tel./Fax 01 362 91 83, E-Mail [email protected]

Fachartikel HB-Sanitär.doc Seite 1/5 ARENA J. Nipkow 28.06.2002

Elektrische Heizbänder richtig einsetzen Schwerpunkt Sanitärbranche

von Jürg Nipkow

Elektrische Heizbänder verbrauchen in der Schweiz etwa soviel Strom wie alle Fern-sehgeräte. Die bedeutendsten Anwendungen mit je ca. 1/3 des Verbrauchs sind Warmwasser-Verteilleitungen, Frostschutz für Leitungen und Dachrinnen sowie in-dustrielle Rohrbegleitheizungen. Obwohl vor allem selbstregelnde Heizbänder einge-setzt werden, sind mit zusätzlichen bedarfsgerechten Steuerungen grosse Einspa-rungen realisierbar. Noch mehr sparen Installationen und Konstruktionen, die ohne Heizbänder auskommen.

Technik

Elektrische Heizbänder enthalten einen Kern aus kohlenstoffhal-tigem Kunststoff zwischen zwei stromzuführenden Litzen (Bild 1). Dieser Kunststoff stellt einen elektrischen Heizwiderstand dar. Heute werden vorwiegend selbstregelnde Heizbänder einge-setzt, deren Heizleistung temperaturabhängig variiert und die nach so genannten Haltetemperaturen typisiert sind. Die Leis-tungsvariation wird durch unterschiedliche Widerstandsmateria-lien erreicht. Die deklarierte Haltetemperatur stellt sich bei der empfohlenen Leitungs-Wärmedämmung ein (vgl. Bild 3) .

Bild 1 Aufbau eines selbstregelnden Heizbandes (Quelle: Friap)

Je nach Anwendung weisen die Heizbänder Schutzschichten auf (wasserdicht, elektrisch, Metallgeflecht für Schutzklasse 1, me-chanisch). Der Einsatz von Bändern der Schutzklasse 1 wird für grosse Anlagen zur Minimierung des Brandrisikos empfohlen (bei Beschädigung zuverlässige Abschaltung mit FI-Schutzschalter). Allerdings ist die Erstellung von Anschlüssen und Verbindungen für Heizbänder der Schutzklasse 1 anspruchsvoller, weil die äussere Schutzschicht abgeschält und das Metallgeflecht umgeschlagen werden muss (Bild 2).

Bild 2 Heizband Schutzklasse 1 mit Metallgeflecht

Die Anschluss- und Verbindungsarmaturen werden teils direkt auf die Leitungen, teils auf Sockel montiert. Dazu folgende Anmerkun-gen:

• Montage direkt auf 45...65°C warme Rohre ist für Isolierung bzw. Wärmeverlust un-günstig, zudem könnte die Stabilität der Kunststoffteile langfristig kritisch sein (ge-klemmt Litzen-Verbindungen für Netzspannung).

• Montage auf Sockel oder Bügel vermeidet obige Probleme weitgehend. Wegen der Wärmeableitung sollten die Bügel aus Kunststoff oder Eisen, jedenfalls nicht aus Alu-minium sein.


Warmwasserverteilung: Heizband oder Zirkulation?

Die Vorteile von Heizbändern gegenüber Zirkulationssystemen sind für den Installateur of-fensichtlich: keine (Zirkulations-) Rückleitung zu installieren, kein hydraulischer Abgleich, keine Temperaturprobleme, Warmhaltung bis zum letzten Dezimeter. Die Erstellungskosten liegen ähnlich bis etwas tiefer als mit Zirkulationsleitungen. Neuere Untersuchungen haben zudem nachgewiesen, dass der Energieverbrauch eher kleiner ist als mit Zirkulationsleitun-gen [2]. Allerdings ist diese Energie zwangsläufig Elektrizität und damit rund dreimal teurer als Brennstoff-Wärme. Besonders stört dies bei Anlagen, welche erneuerbare Energiequel-len oder Abwärme nutzen (solar, Holz, Wärmepumpe). Und einmal installiert, kann die Strom-Abhängigkeit nicht mehr mit verhältnismässigem Aufwand geändert werden. Daraus ergibt sich folgende Empfehlung:

Warmwassersysteme mit Sonnenkollektoren, Holzfeuerungen und Wärmepumpen sollten nicht mit Heizbändern zur Warmhaltung ausgeführt werden, damit die beträchtlichen Verteil-verluste (30 bis 60%) ebenfalls mit erneuerbarer Energie gedeckt werden.

Legionellen und Heizbänder

Nach neuen Untersuchungen können Legionellen sich auch bei konstanten Temperaturen über 50°C vermehren. Periodische grössere Temperaturschwankungen hingegen ertragen sie schlecht. Deshalb sollten Warmwasserverteilsysteme nicht nur zum Energiesparen, son-dern auch wegen der Legionellen mit Nachtabsenkung (mindestens 15°C tiefer) oder Ab-schaltung ausgerüstet werden, wie das in manchen Kantonen Vorschrift ist. Dies lässt sich sowohl mit Heizbändern (Schaltuhr oder Mikroprozessor-Steuerung) wie auch mit Zirkulati-onssystemen realisieren. Heizbandsysteme sorgen jedoch besser für eine konstante Spei-chertemperatur von z.B. 60°C als Legionellen-Gegenmassnahme, weil es keine Abkühlung durch die Zirkulationsrückleitung gibt.

Für alle Warmwasserverteilsysteme gilt, dass eine besonders gute und stabile Wärmedäm-mung der Leitungen gleich zwei Forderungen der Legionellenbekämpfung erfüllt: geringe Abkühlung des Warmwassers in den Leitungen sowie geringe Erwärmung von Kaltwasserlei-tungen. Grundlagen zur Legionellenproblematik finden sich in [3] und [4].

Haltetemperatur für Warmwasserleitungen

Aus der Temperatur-Leistungs-Charakteristik (Bild 3) kann die Abhängigkeit der resultieren-den Temperatur von der Wärmedämmung bzw. anders bewirkter Temperaturerhöhung (z.B. Warmwasserdurchfluss) abgeleitet werden. Mit der Wahl des Band-Typs und einer Wärme-dämmung nach geltenden Vorschriften wird zwar die angestrebte bzw. für den Band-Typ charakteristische Haltetemperatur mit etwa ± 5°C Toleranz erreicht. Soll aber die Haltetem-peratur und damit auch der Elektrizitätsverbrauch genauer bestimmt werden, so muss sie aus der exakten Leistungscharakteristik des Bandes und der Wärmeverlustfunktion der Lei-tung ermittelt werden. Es ist also keineswegs selbstverständlich, dass die in der Praxis resul-tierende Temperatur der Typen-Haltetemperatur entspricht! Zur Zeit gibt nur ein Anbieter in den Planungsunterlagen quantitative Leistungscharakteristiken an.


Bild 3 Temperatur-Leistungs-Charakteristik eines Heiz-bandes für Warmwasser. A-B: Beispiel der Wärmever-lustfunktion der Leitung. Im Schnittpunkt resultiert die Haltetemperatur. (Quelle: Spectratec AG)

Nach Bedarf kann die Haltetemperatur mit einem Leistungssteller durch Spannungs-Reduktion abgesenkt werden. In Bild 3 würde damit die Leistungs-Charakteristik nach unten verschoben. Dies ist vor allem in grösseren Bauten (höhere Heizband-Haltetemperatur) sinnvoll und erlaubt eine Nachtabsenkung statt -.Abschaltung. Das Einspar-Potenzial beträgt mit Mikroprozessor-Steuerungen bis 50%.

Frostschutz bei Leitungen

Frostschutz-Heizbänder sind u.U. für Leitungsteile in ungeheizten Räumen (Garage, Bau-Lücken, Estrich etc.) nötig. Allerdings ist stets zu prüfen, ob die Frostsicherheit nicht einfa-cher und energiesparender mit richtiger Wärmedämmung von Raum und Leitungen erreicht werden kann.

Ist ein Frostschutz-Heizband nötig (oder bestehend), so ist die tatsächlich erforderliche Ein-schaltdauer oft sehr klein, nämlich wenige Stunden bei längeren extremen Kälteperioden. Vor allem ältere bzw. einfache Steuerungen führen jedoch oft zu grosser Verschwendung:

Ein zwar selbstregelndes, aber nur thermostatisch gesteuertes Heizband wird fast immer mit viel zu grosser Leistung heizen, weil es auf z.B. -30°C ausgelegt ist. Bei 0°C kann die Lei-tung unnötig bis über 20°C erwärmt werden! Mit einer temperaturabhängigen Leistungssteu-erung sind Stromeinsparungen bis über 50% möglich. Wichtig ist zudem, dass die Thermos-tat-Steuerung zweckmässig ausgeführt wird: kleine Schaltdifferenz (<3 K), genaue Tempera-tureinstellung, optimale Fühlerplatzierung (möglichst an der Leitung).

Tipps zur Ausführung

Heizband-Anlagen verschwenden oft Energie wegen praktischer Ausführungsmängel, wel-che durch gute Instruktion bzw. Information leicht vermeidbar wären:

• Nicht wärmegedämmte Partien bei Armaturen (Bild 4). Diese Heizband-Teile laufen mit maximaler Leistung, wobei ohne Dämmung das Leitungsstück trotzdem auskühlen wird.

• Leitungsteile ohne Heizband (z.B. unterer Speicherabgang): führen zu kalten Pfropfen, also Komfortnachteilen (und evtl. dadurch zu Wasser-Mehrverbrauch).

• Bei Leitungen mit harter bzw. spröder Wärmedämmung (PIR) in Schächten können schlecht befestigte Rohrschalen durch Ausdehnungsbewegungen brechen und abfal-


len. Dies wird u.U. nicht bemerkt und ist schlecht reparierbar. Die Folgen sind aber schwer wiegend: erhöhter Wärmeverlust, Erwärmung von Kaltwasserleitungen (Legio-nellen!).

Bild 4 Heizband-Ausführungs-detail Wasserzähler: nicht isoliert!

Was ist zu tun bei bestehenden Anlagen?

Heizband-Anlagen für Warmwasser-Warmhaltung können oft durch bessere Steuerung so-wie bessere Wärmedämmung sparsamer betrieben werden. Weil die Betreiber grösserer Anlagen die Stromkosten auf die Mieter überwälzen, wird die Chance einer energetischen Verbesserung erst bei Erneuerung der Anlage oder von Teilen davon (Reparatur) kommen. Informierte Installateure und Planer werden sie dannzumal auch nutzen!.

Interessanter ist die Situation bei Frostschutz-Anlagen, einerseits wegen der grösseren Ein-sparmöglichkeiten, andrerseits weil solche Anlagen oft ohne Wissen ihrer Betreiber existie-ren und Elektrizität verbrauchen. Wie kann man herausfinden, ob eine Frostschutz-Heizbandanlage vorhanden ist? Bei Heizbändern von Leitungen sollte der Elektroanschluss sichtbar sein, da diese Leitungen i.d.R. verfolgt werden können. Bei Frostschutz-Heizbändern von Dachrinnen ist jedoch auch der Anschluss nicht immer ohne Weiteres ein-sehbar, weshalb am besten in Elektro-Tableaus danach gesucht wird. Als Sanierungsmass-nahmen kommen Verbesserungen der Steuerung in Frage, wenn nicht sogar dank einfachen baulichen oder Wärmedämm-Massnahmen das Heizband ganz ausgeschaltet werden kann.

Die beste Steuerung lohnt sich!

Im Forschungsprojekt [1] wurde eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für Warmwasser-Heizbandsysteme erstellt. Es zeigt sich, dass die Stromkosten über eine Betriebsdauer von 20 Jahren das 1,5- bis 2-fache der Erstellungskosten ausmachen. Da eine optimale Steue-rung (z.B. mit Mikroprozessor) Mehrkosten von nur etwa 10% ausmacht, die erreichbare Einsparung gegenüber der billigsten Steuerung beträgt aber 30 bis 50%, ist die Rechnung schnell gemacht: die beste Steuerung zahlt sich in wenigen Jahren aus! Bei Frostschutz-Anlagen sind die Stromkosten vergleichsweise geringer, dafür aber das Einsparpotenzial der besten Steuerung bis 70%.


Heizbänder energiesparend einsetzen

Warmwasser:

• Notwendigkeit der Warmhaltung vermeiden durch kurze Distanzen (Ausstosszeiten bis 8 Sekunden sind noch komfortabel). Zirkulation statt Heizband einsetzen bei erneuer-baren Energieträgern.

• System für minimale warmzuhaltende Leitungslängen konfigurieren (z.B. nur UG-Verteilung warm, Steigzonen mit Einzelleitungen). Dies ist auch gut gegen Legionellen.

• Optimale Wärmedämmung (besser als kantonale Vorschriften), entsprechender Heiz-band-Typ (Haltetemperatur richtig bestimmen). Lückenlose, gut anliegende Ausfüh-rung, v.a. auch in Schächten.


Frostschutz Leitungen:

• Leitungen in frostgeschützten Bereichen verlegen

• Frostrisiko durch bauliche Massnahmen und Wärmedämmung eliminieren


Quellen

[1] Elektrische Heizbänder - Anwendungen, Energieverbrauch und Sparmöglichkeiten. Jürg Nipkow, ARENA, Zürich; Schlussbericht BFE-Forschungsprojekt Nr. 42465, April 2002.

[2] Simulation Warmwassersysteme, Alpha Real AG Zürich et al, Forschungsprogramm Warmwasser Bundesamt für Energie BFE, Mai 1999

[3] Merkblatt SVGW: Legionellen in Trinkwasserinstallationen – Was muss beachtet wer-den? SVGW, Zürich, Juli 2001

[4] Legionellen und Legionellose, Broschüre Nr. 311.355d des Bundesamts für Gesundheit, Bern August 1999

Adresse des Autors: Jürg Nipkow, dipl. Ing. ETH/SIA, ARENA, Zürich Tel./Fax 01 362 91 83, E-Mail [email protected]

Elektrische Heizbänder - OSTI.GOV

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